[ES] La planificación de la distribución espacial en plantas industriales (FLP) es una de las decisiones más importantes en el contexto de la dirección de operaciones, y uno de los problemas de mayor discusión en la literatura científica enmarcada en el campo amplio de la ingeniería industrial. Sin embargo, el uso generalizado del enfoque de solución top-down tradicional, que se inicia con el diseño de la distribución del conjunto de los departamentos o celdas de trabajo que conforman el sistema de producción y prosigue con la distribución detallada al interior de éstos, parte de asunciones poco compatibles con la realidad operacional industrial que implican ciertas limitaciones para su adopción en la práctica. Esto, unido al hecho de que los modelos matemáticos empleados en la generación de alternativas de layout utilizan en su mayoría el coste de manejo de materiales como una función monoobjetivo de carácter cuantitativo, desvirtuando la naturaleza multiobjetiva del problema, acentúa un vacío que genera oportunidades de mejora en la toma de decisiones de planificación del layout en la práctica industrial. En este contexto, esta tesis doctoral, respaldada por un estudio minucioso del estado del arte y el análisis de modelos de optimización matemática de referencia, presenta un marco conceptual para la toma de decisiones de planificación del FLP desde una perspectiva multiobjetivo, y un nuevo modelo de optimización multiobjetivo no lineal entero mixto (MOMINLP) para facilitar la toma de decisiones de distribución espacial en plantas industriales metalmecánicas en entornos de demanda dinámicos mediante un enfoque de planificación bottom-up, teniendo en cuenta criterios cuantitativos y cualitativos. El modelo propuesto, denominado bottom-up mDFLP, considera tres funciones objetivo que pretenden: (1) minimizar el coste total de manejo de materiales y el coste total de reorganización, (2) maximizar el rating de proximidad subjetiva entre departamentos, y (3) maximizar el ratio de utilización de área. El modelo bottom-up mDFLP ha sido validado en una empresa del sector metalmecánico, confirmando un mejor desempeño en los valores de las funciones objetivo respecto a los obtenidos en la distribución en planta actual. / [CA] La planificació de la distribució espacial en plantes industrials (FLP) és una de les decisions més importants en el context de la direcció d'operacions, i un dels problemes de major discussió en la literatura científica emmarcada en el camp ampli de l'enginyeria industrial. No obstant això, l'ús generalitzat de l'enfocament de solució top-down tradicional, que s'inicia amb el disseny de la distribució del conjunt dels departaments o cel·les de treball que conformen el sistema de producció i prossegueix amb la distribució detallada a l'interior d'aquests, part d'assumpcions poc compatibles amb la realitat operacional industrial que impliquen unes certes limitacions per a la seua adopció en la pràctica. Això, unit al fet que els models matemàtics emprats en la generació d'alternatives de layout utilitzen en la seua majoria el cost de maneig de materials com una funció monoobjetivo de caràcter quantitatiu, desvirtuant la naturalesa multiobjectiva del problema, accentua un buit que genera oportunitats de millora en la presa de decisions de planificació del layout en la pràctica industrial. En aquest context, aquesta tesi doctoral, recolzada per un estudi minuciós de l'estat de l'art i l'anàlisi de models d'optimització matemàtica de referència, presenta un marc conceptual per a la presa de decisions de planificació del FLP des d'una perspectiva multiobjectiu, i un nou model d'optimització multiobjectiu no lineal enter mixt (MOMINLP) per a facilitar la presa de decisions de distribució espacial en plantes industrials metallmecàniques en entorns de demanda dinàmics mitjançant un enfocament de planificació bottom-up, tenint en compte criteris quantitatius i qualitatius. El model proposat, denominat bottom-up mDFLP, considera tres funcions objectiu que pretenen: (1) minimitzar el cost total de maneig de materials i el cost total de reorganització, (2) maximitzar el rating de proximitat subjectiva entre departaments, i (3) maximitzar el ràtio d'utilització d'àrea. El model bottom-up mDFLP ha sigut validat en una empresa del sector metallmecànic, confirmant un millor acompliment en els valors de les funcions objectiu respecte als obtinguts en la distribució en planta actual. / [EN] Facility layout planning (FLP) is one of the most critical decisions in operations management and one of the most discussed problems in the scientific literature framed in the broad field of industrial engineering. However, the widespread use of the traditional top-down solution approach, which starts with a block layout design phase and continues with the detailed layout within each work cell making up the production system, is based on assumptions that are not very compatible with the industrial operational reality, which implies certain limitations for its adoption in practice. This issue, together with the fact that the mathematical models used in the generation of layout alternatives mostly use the cost of material handling as a single objective function of a quantitative nature, distorting the multi-objective nature of the problem, accentuates a gap that generates opportunities for improvement in the FLP decision making process in industrial practice. In this context, this doctoral thesis, supported by a thorough study of state of the art and the analysis of benchmark mathematical optimisation models, presents a conceptual framework for FLP planning decision making from a multi-objective perspective and also a new multi-objective mixed-integer non-linear optimisation model (MOMINLP) to facilitate FLP decision making for metal-mechanical industrial plants in dynamic demand environments through a bottom-up planning approach, taking into account quantitative and qualitative criteria. The proposed model, called bottom-up mDFLP, considers three objective functions that aim to: (1) minimising the total material handling cost and the total rearrangement cost, (2) maximising the subjective closeness rating between departments, (3) maximising the area utilisation ratio. The bottom-up mDFLP model has been validated in a company from the metal-mechanical sector, confirming a better performance in the values of the objective functions than those obtained in the current plant layout. / Pérez Gosende, PA. (2022). Enfoque multiobjetivo bottom-up para la planificación dinámica de la distribución espacial en plantas industriales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185800

Tesis por compendio / [EN] Nowadays, manufacturing systems meet different new global challenges and the existence of a collaborative manufacturing environment is essential to face with. Distributed manufacturing and assembly systems are two manufacturing systems which allow industries to deal with some of these challenges. This thesis studies a production problem in which both distributed manufacturing and assembly systems are considered. Although distributed manufacturing systems and assembly systems are well-known problems and have been extensively studied in the literature, to the best of our knowledge, considering these two systems together as in this thesis is the first effort in the literature. Due to the importance of scheduling optimization on production performance, some different ways to optimize the scheduling of the considered problem are discussed in this thesis. The studied scheduling setting consists of two stages: A production and an assembly stage. Various production centers make the first stage. Each of these centers consists of several machines which are dedicated to manufacture jobs. A single assembly machine is considered for the second stage. The produced jobs are assembled on the assembly machine to form final products through a defined assembly program. In this thesis, two different problems regarding two different production configurations for the production centers of the first stage are considered. The first configuration is a flowshop that results in what we refer to as the Distributed Assembly Permutation Flowshop Scheduling Problem (DAPFSP). The second problem is referred to as the Distributed Parallel Machine and Assembly Scheduling Problem (DPMASP), where unrelated parallel machines configure the production centers. Makespan minimization of the product on the assembly machine located in the assembly stage is considered as the objective function for all considered problems. In this thesis some extensions are considered for the studied problems so as to bring them as close as possible to the reality of production shops. In the DAPFSP, sequence dependent setup times are added for machines in both production and assembly stages. Similarly, in the DPMASP, due to technological constraints, some defined jobs can be processed only in certain factories. Mathematical models are presented as an exact solution for some of the presented problems and two state-of-art solvers, CPLEX and GUROBI are used to solve them. Since these solvers are not able to solve large sized problems, we design and develop heuristic methods to solve the problems. In addition to heuristics, some metaheuristics are also designed and proposed to improve the solutions obtained by heuristics. Finally, for each proposed problem, the performance of the proposed solution methods is compared through extensive computational and comprehensive ANOVA statistical analysis. / [ES] Los sistemas de producción se enfrentan a retos globales en los que el concepto de fabricación colaborativa es crucial para poder tener éxito en el entorno cambiante y complejo en el que nos encontramos. Una característica de los sistemas productivos que puede ayudar a lograr este objetivo consiste en disponer de una red de fabricación distribuida en la que los productos se fabriquen en localizaciones diferentes y se vayan ensamblando para obtener el producto final. En estos casos, disponer de modelos y herramientas para mejorar el rendimiento de sistemas de producción distribuidos con ensamblajes es una manera de asegurar la eficiencia de los mismos. En esta tesis doctoral se estudian los sistemas de fabricación distribuidos con operaciones de ensamblaje. Los sistemas distribuidos y los sistemas con operaciones de ensamblaje han sido estudiados por separado en la literatura. De hecho, no se han encontrado estudios de sistemas con ambas características consideradas de forma conjunta. Dada la complejidad de considerar conjuntamente ambos tipos de sistemas a la hora de realizar la programación de la producción en los mismos, se ha abordado su estudio considerando un modelo bietápico en la que en la primera etapa se consideran las operaciones de producción y en la segunda se plantean las operaciones de ensamblaje. Dependiendo de la configuración de la primera etapa se han estudiado dos variantes. En la primera variante se asume que la etapa de producción está compuesta por sendos sistemas tipo flowshop en los que se fabrican los componentes que se ensamblan en la segunda etapa (Distributed Assembly Permutation Flowshop Scheduling Problem o DAPFSP). En la segunda variante se considera un sistema de máquinas en paralelo no relacionadas (Distributed Parallel Machine and Assembly Scheduling Problem o DPMASP). En ambas variantes se optimiza la fecha de finalización del último trabajo secuenciado (Cmax) y se contempla la posibilidad que existan tiempos de cambio (setup) dependientes de la secuencia de trabajos fabricada. También, en el caso DPMASP se estudia la posibilidad de prohibir o no el uso de determinadas máquinas de la etapa de producción. Se han desarrollado modelos matemáticos para resolver algunas de las variantes anteriores. Estos modelos se han resuelto mediante los programas CPLEX y GUROBI en aquellos casos que ha sido posible. Para las instancias en los que el modelo matemático no ofrecía una solución al problema se han desarrollado heurísticas y metaheurísticas para ello. Todos los procedimientos anteriores han sido estudiados para determinar el rendimiento de los diferentes algoritmos planteados. Para ello se ha realizado un exhaustivo estudio computacional en el que se han aplicado técnicas ANOVA. Los resultados obtenidos en la tesis permiten avanzar en la comprensión del comportamiento de los sistemas productivos distribuidos con ensamblajes, definiendo algoritmos que permiten obtener buenas soluciones a este tipo de problemas tan complejos que aparecen tantas veces en la realidad industrial. / [CA] Els sistemes de producció s'enfronten a reptes globals en què el concepte de fabricació col.laborativa és crucial per a poder tindre èxit en l'entorn canviant i complex en què ens trobem. Una característica dels sistemes productius que pot ajudar a aconseguir este objectiu consistix a disposar d'una xarxa de fabricació distribuïda en la que els productes es fabriquen en localitzacions diferents i es vagen acoblant per a obtindre el producte final. En estos casos, disposar de models i ferramentes per a millorar el rendiment de sistemes de producció distribuïts amb acoblaments és una manera d'assegurar l'eficiència dels mateixos. En esta tesi doctoral s'estudien els sistemes de fabricació distribuïts amb operacions d'acoblament. Els sistemes distribuïts i els sistemes amb operacions d'acoblament han sigut estudiats per separat en la literatura però, en allò que es coneix, no s'han trobat estudis de sistemes amb ambdós característiques conjuntament. Donada la complexitat de considerar conjuntament ambdós tipus de sistemes a l'hora de realitzar la programació de la producció en els mateixos, s'ha abordat el seu estudi considerant un model bietàpic en la que en la primera etapa es consideren les operacions de producció i en la segona es plantegen les operacions d'acoblament. Depenent de la configuració de la primera etapa s'han estudiat dos variants. En la primera variant s'assumix que l'etapa de producció està composta per sengles sistemes tipus flowshop en els que es fabriquen els components que s'acoblen en la segona etapa (Distributed Assembly Permutation Flowshop Scheduling Problem o DAPFSP). En la segona variant es considera un sistema de màquines en paral.lel no relacionades (Distributed Parallel Machine and Assembly Scheduling Problem o DPMASP). En ambdós variants s'optimitza la data de finalització de l'últim treball seqüenciat (Cmax) i es contempla la possibilitat que existisquen temps de canvi (setup) dependents de la seqüència de treballs fabricada. També, en el cas DPMASP s'estudia la possibilitat de prohibir o no l'ús de determinades màquines de l'etapa de producció. S'han desenvolupat models matemàtics per a resoldre algunes de les variants anteriors. Estos models s'han resolt per mitjà dels programes CPLEX i GUROBI en aquells casos que ha sigut possible. Per a les instàncies en què el model matemàtic no oferia una solució al problema s'han desenrotllat heurístiques i metaheurísticas per a això. Tots els procediments anteriors han sigut estudiats per a determinar el rendiment dels diferents algoritmes plantejats. Per a això s'ha realitzat un exhaustiu estudi computacional en què s'han aplicat tècniques ANOVA. Els resultats obtinguts en la tesi permeten avançar en la comprensió del comportament dels sistemes productius distribuïts amb acoblaments, definint algoritmes que permeten obtindre bones solucions a este tipus de problemes tan complexos que apareixen tantes vegades en la realitat industrial. / Hatami, S. (2016). The Distributed and Assembly Scheduling Problem [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64072 / Compendio

This thesis explores how revenue management (RM) principles would integrate into a parking system, and how advanced reservation-making, coupled with dynamic pricing (based on booking limits) could be used to maximize parking revenue. Detailed here is a comprehensive RM strategy for the parking industry, and an integer programming formulation that maximizes parking revenue over a system of garages is presented. Furthermore, an intelligent parking reservation model is developed that uses an artificial neural network procedure for online reservation decision-making. Next, the work evaluates whether the implementation of a parking RM system in a dense urban parking district (and thus avoiding "trial-and-error" behaviors exhibited by drivers) mitigates urban congestion levels. In order to test this hypothesis, a parallel modeling structure was developed that uses a real-time decision-making model that either accepts or rejects requests for parking via a back-propagation neural network. Coupled with the real-time decision-making model is a micro-simulation model structure used to evaluate the policy's effects on network performance. It is clear from the results that the rate at which parkers renege is a primary determinant of the value of the implementation of RM. All other things being equal, the RM model in which the majority of parkers is directed to their precise parking spot via the most direct route is much more robust to the random elements within the network that can instigate extreme congestion. The thesis then moves from micro-evaluation to macro-evaluation by measuring the performance of the urban parking system from the perspective of the set of relevant stakeholders using the hyperbolic DEA model within the context of the matrix DEA construct. The stakeholder models, including that of the provider, the user, and the community, have defined inputs/outputs to the hyperbolic DEA model, which allows for the inclusion of undesirable outputs such as network delay and incidence of extreme congestion. Another key contribution of this work is that of identifying design issues for current and future dense urban parking districts. Clearly, reneging rate and the tenacity of perspective parkers is a key consideration in cases where RM policy is not implemented. / Ph. D.

Tesis por compendio / [ES] Los sistemas de tiempo real se caracterizan por exigir el cumplimento de unos requisitos temporales que garanticen el funcionamiento aceptable de un sistema. Especialmente, en los sistemas de tiempo real estricto estos requisitos temporales deben ser inviolables. Estos sistemas suelen aplicarse en áreas como la aviación, la seguridad ferroviaria, satélites y control de procesos, entre otros. Por tanto, el incumplimiento de un requisito temporal en un sistema de tiempo real estricto puede ocasionar un fallo catastrófico. La planificación de sistemas de tiempo real es una área en la que se estudian y aplican diversas metodologías, heurísticas y algoritmos que intentan asignar el recurso de la CPU sin pérdidas de plazo. El uso de sistemas de computación multinúcleo es una opción cada vez más recurrente en los sistemas de tiempo real estrictos. Esto se debe, entre otras causas, a su alto rendimiento a nivel de computación gracias a su capacidad de ejecutar varios procesos en paralelo. Por otro lado, los sistemas multinúcleo presentan un nuevo problema, la contención que ocurre debido a la compartición de los recursos de hardware. El origen de esta contención es la interferencia que en ocasiones ocurre entre tareas asignadas en distintos núcleos que pretenden acceder al mismo recurso compartido simultáneamente, típicamente acceso a memoria compartida. Esta interferencia añadida puede suponer un incumplimiento de los requisitos temporales, y por tanto, la planificación no sería viable. En este trabajo se proponen nuevas metodologías y estrategias de planificación no convencionales para aportar soluciones al problema de la interferencia en sistemas multinúcleo. Estas metodologías y estrategias abarcan algoritmos de planificación, algoritmos de asignación de tareas a núcleos, modelos temporales y análisis de planificabilidad. El resultado del trabajo realizado se ha publicado en diversos artículos en revistas del área. En ellos se presentan estas nuevas propuestas que afrontan los retos de la planificación de tareas. En la mayoría de los artículos presentados la estructura es similar: se introduce el contexto en el que nos situamos, se plantea la problemática existente, se expone una propuesta para solventar o mejorar los resultados de la planificación, después se realiza una experimentación para evaluar de forma práctica la metodología propuesta, se analizan los resultados obtenidos y finalmente se exponen unas conclusiones sobre la propuesta. Los resultados de las metodologías no convencionales propuestas en los artículos que conforman esta tesis muestran una mejora del rendimiento de las planificaciones en comparación con algoritmos clásicos del área. Especialmente la mejora se produce en términos de disminución de la interferencia producida y mejora de la tasa de planificabilidad. / [CA] Els sistemes de temps real es caracteritzen per exigir el compliment d'uns requisits temporals que garantisquen el funcionament acceptable d'un sistema. Especialment, en els sistemes de temps real estricte aquests requisits temporals han de ser inviolables. Aquests sistemes solen aplicar-se en àrees com l'aviació, la seguretat ferroviària, satèl·lits i control de processos, entre altres. Per tant, l'incompliment d'un requisit temporal en un sistema de temps real estricte pot ocasionar un error catastròfic. La planificació de sistemes de temps real és una àrea en la qual s'estudien i apliquen diverses metodologies, heurístiques i algorismes que intenten assignar el recurs de la CPU sense pèrdues de termini. L'ús de sistemes de computació multinucli és una opció cada vegada més recurrent en els sistemes de temps real estrictes. Això es deu, entre altres causes, al seu alt rendiment a nivell de computació gràcies a la seua capacitat d'executar diversos processos en paral·lel. D'altra banda, els sistemes multinucli presenten un nou problema, la contenció que ocorre a causa de la compartició dels recursos de hardware. L'origen d'aquesta contenció és la interferència que a vegades ocorre entre tasques assignades en diferents nuclis que pretenen accedir al mateix recurs compartit simultàniament, típicament accés a memòria compartida. Aquesta interferència afegida pot suposar un incompliment dels requisits temporals, i per tant, la planificació no seria viable. En aquest treball es proposen noves metodologies i estratègies de planificació no convencionals per aportar solucions al problema de la interferència en sistemes multinucli. Aquestes metodologies i estratègies comprenen algorismes de planificació, algorismes d'assignació de tasques a nuclis, models temporals i anàlisis de planificabilitat. El resultat del treball realitzat s'ha publicat en diversos articles en revistes de l'àrea. En ells es presenten aquestes noves propostes que afronten els reptes de la planificació de tasques. En la majoria dels articles presentats l'estructura és similar: s'introdueix el context en el qual ens situem, es planteja la problemàtica existent, s'exposa una proposta per a solucionar o millorar els resultats de la planificació, després es realitza una experimentació per a avaluar de manera pràctica la metodologia proposada, s'analitzen els resultats obtinguts i finalment s'exposen unes conclusions sobre la proposta. Els resultats de les metodologies no convencionals proposades en els articles que conformen aquesta tesi mostren una millora del rendiment de les planificacions en comparació amb algorismes clàssics de l'àrea. Especialment, la millora es produeix en termes de disminució de la interferència produïda i millora de la taxa de planificabilitat. / [EN] Real-time systems are characterised by the demand for temporal constraints that guarantee acceptable operation and feasibility of a system. Especially, in hard real-time systems these temporal constraints must be respected. These systems are typically applied in areas such as aviation, railway safety, satellites and process control, among others. Therefore, a missed deadline in a hard-real time system can lead to a catastrophic failure. The scheduling of real-time systems is an area where various methodologies, heuristics and algorithms are studied and applied in an attempt to allocate the CPU resources without missing any deadline. The use of multicore computing systems is an increasingly recurrent option in hard real-time systems. This is due, among other reasons, to its high computational performance thanks to the ability to run multiple processes in parallel. On the other hand, multicore systems present a new problem, the contention that occurs due to the sharing of hardware resources. The source of this contention is the interference that sometimes happens between tasks allocated in different cores that try to access the same shared resource simultaneously, typically shared memory access. This added interference can lead to miss a deadline, and therefore, the scheduling would not be feasible. This paper proposes new non-conventional scheduling methodologies and strategies to provide solutions to the interference problem in multicore systems. These methodologies and strategies include scheduling algorithms, task allocation algorithms, temporal models and schedulability analysis. The results of this work have been published in several journal articles in the field. In these articles the new proposals are presented, they face the challenges of task scheduling. In the majority of these articles the structure is similar: the context is introduced, the existing problem is identified, a proposal to solve or improve the results of the scheduling is presented, then the proposed methodology is experimented in order to evaluate it in practical terms, the results obtained are analysed and finally conclusions about the proposal are expressed. The results of the non-conventional methodologies proposed in the articles that comprise this thesis show an improvement in the performance of the scheduling compared to classical algorithms in the area. In particular, the improvement is produced in terms of reducing the interference and a higher schedulability rate. / Esta tesis se ha realizado en el marco de dos proyectos de investigación de carácter nacional. Uno de ellos es el proyecto es PRECON-I4. Consiste en la búsqueda de sistemas informáticos predecibles y confiables para la industria 4.0. El otro proyecto es PRESECREL, que consiste en la búsqueda de modelos y plataformas para sistemas informáticos industriales predecibles, seguros y confiables. Tanto PRECON-I4 como PRESECREL son proyectos coordinados financiados por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades y los fondos FEDER (AEI/FEDER, UE). En ambos proyectos participa la Universidad Politécnica de Valencia, la Universidad de Cantabria y la Universidad Politécnica de Madrid. Además, en PRESECREL también participa IKERLAN S. COOP I.P. Además, parte de los resultados de esta tesis también han servido para validar la asignación de recursos temporales en sistemas críticos en el marco del proyecto METROPOLIS (PLEC2021-007609). / Aceituno Peinado, JM. (2024). Investigación de nuevas metodologías para la planificación de sistemas de tiempo real multinúcleo mediante técnicas no convencionales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203212 / Compendio

The routing and scheduling problem is a complex task and a critical challenge in the railway sector, given the involvement of various railway infrastructural and operational characteristics. Moreover, this problem has a direct impact on the costs of railway services due to the routes trains are taking, and the environmental impact caused by the length of their journeys. Although numerous studies have addressed the routing and scheduling of passenger trains, fewer have focused on the routing and scheduling of freight trains. Therefore, the primary objective of this study is to enhance the utilization of rail freight routes by reducing the travel time of freight trains. To determine the optimal train routing and transit durations, as well as to identify the pivotal operational and infrastructural variables that impact the travel time of freight trains, a mixed-integer linear optimization model has been developed. Furthermore, enhancing the efficiency of rail freight entails leveraging automation and digitalization in rail freight transportation to improve rail performance, multimodal services, and end-user satisfaction due to an improvement in the utilization of the network. The AnyLogic simulation software tool has been employed to evaluate the influence of digital automatic coupling (DAC) on marshalling yard train processing time and yard capacity. DAC is seen as an enabling technology for automation in yards and the use of longer and faster trains on the line. The marshalling yard of Hallsberg will be used as a case study. The initial findings indicate that an increase in train length from 700 meters to 800 meters has a negligible impact on train schedules. In comparison to the prevailing scenario, the implementation of technologies that facilitate reduced inter-train spacing and halving of block separation enhances the capacity of the railway network. It is similarly important to accelerate train speeds by 10% in order to enhance the utilization of rail freight routes, which results in a more homogeneous traffic flow on the line due to a speed closer to that of passenger trains, thereby increasing the capacity of the network. The results of Hallsberg's marshalling yard demonstrate that the introduction of DAC Type 4 has led to an enhanced capacity for handling trains at the arrival, classification, and departure yards. Further capacity gains are possible with the adoption of DAC Type 5, which allows for the production of longer trains in all three parts of the marshalling yard. This is since a greater number of wagons are arriving, thereby enabling the formation of trains to be completed more expeditiously. However, the introduction of longer trains has led to a challenge in terms of the number of trains arriving at the marshalling yard. This is due to the fact that longer trains require a longer uncoupling and classification process. The primary rationale for enhancing capacity from the base to DAC Type 4 and DAC Type 5, in conjunction with the implementation of longer trains across all sections of the marshalling yard, is the reduction in uncoupling times. The integration of findings from the mixed-integer linear optimization model and the AnyLogic model for Hallsberg's marshalling yard serves to emphasize the significance of longer trains and the introduction of DAC Type 4 and DAC Type 5. The total travel time for trains traveling from Stockholm to Gothenburg, with a classification stop at Hallsberg, can be reduced by up to 33% for a single train. / Optimering av rutt- och schemaläggning är en komplex uppgift och en kritisk utmaning inom transport och järnvägssektorn, med tanke på involveringen av olika intressenter och komponenter. Dessutom har detta problem en direkt inverkan på kostnaderna för järnvägstjänster och deras miljöpåverkan. Medan många studier har behandlat rutt- och schemaläggning för persontåg, har färre fokuserat på problemet för godståg. Det primära syftet med denna studie är att förbättra utnyttjandet av rutt- och schemaläggningen av godståg genom minskad restid. En linjär optimeringsmodell med blandade heltal har utvecklats för att bestämma den optimala tågruttläggningen och transporttiden, samt för att identifiera de centrala drifts- och infrastrukturvariabler som påverkar godstågens restid. Att förbättra effektiviteten av järnvägsfrakt innebär dessutom att man utnyttjar automatisering och digitalisering inom järnvägsgodstransporter för att förbättra järnvägsprestanda, multimodala tjänster och service för slutanvändarna. Simuleringsverktyget AnyLogic har använts för att utvärdera inverkan av digital automatisk koppel (DAC) på servicetid på rangerbangård och bangårdskapacitet, särskilt i samband med modellering av Hallsbergs rangerbangård. De första resultaten tyder på att en ökning av tåglängden från 700 meter till 800 meter har en försumbar inverkan på tågtidtabellerna. Jämfört med det rådande scenariot ökar implementeringen av signalteknik som underlättar minskat avstånd mellan tågen och halvering av blockseparationen och därmed kapaciteten i järnvägsnätet. Likaså är det viktigt att öka tåghastigheterna med 10 % för att förbättra utnyttjandet av godsrutter på järnväg. Resultaten för Hallsbergs rangerbangård visar att införandet av DAC Typ 4 leder till en utökad kapacitet för att hantera tåg vid ankomst-, klassificerings- och avgångsbangårdarna. Ytterligare kapacitetsvinster är möjliga med antagandet av DAC Typ 5, som möjliggör automatiserad produktion av längre tåg i alla tre delar av rangerbangården. Detta beror på ett större antal inkommande vagnar, vilket gör att tågbildningen kan slutföras snabbare. Införandet av längre tåg har dock lett till en utmaning när det gäller antalet tåg som kommer till rangerbangården. Detta beror på att längre tåg kräver en längre frånkopplings- och klassificeringsprocess. Det primära skälet till att öka kapaciteten från utgångsbasen till DAC Typ 4 och DAC Typ 5, i samband med implementeringen av längre tåg över alla sektioner av rangerbangården, är minskningen av frånkopplingstider. Integrationen av resultaten från den linjära optimeringsmodellen med blandade heltal och AnyLogicmodellen för Hallsbergs rangerbangård understryker betydelsen av längre tåg och införandet av DAC Typ 4 och DAC Typ 5. Den totala restiden för tåg som reser från Stockholm till Göteborg, med rangerstopp i Hallsberg, kan sänkas med upp till 33 % för ett enskilt tåg. Omvänt, för tåg som reser från Göteborg till Stockholm, är minskningar av total restid med upp till 13 % för det första tåget och 11 % för det andra tåget.

No description available.

過去的三十年間由於評價美式選擇權所產生的自由邊界問題已經有相當的研究成果。本論文將證明自由邊界問題的解為遞增函數。更進一步提出自由邊界凹性的嚴謹証明。利用我們的結論可以得知美式選擇權的最佳履約邊界對時間而言為嚴格遞減的凹函數。這個結果對可用來求導最佳履約邊界的漸近解。 對於美式交換選擇權，我們將其自由邊界問題轉換成單變數的積分方程，同時提供一個永續型美式交換選擇權的評價公式。對於有限時間的美式交換選擇權的最佳履約邊界，我們將提供一個接近到期日的漸近解並發展一個數值方法求其數值解。數值計算的結果顯示漸近解在接近到期日時與數值解非常接近。 對於評價美式選擇權，我們提出使用混合整數非線性規劃(MINLP)的模型，這個模型的最佳解同時提供賣方的完全避險策略、買方的最佳交易策略與美式選擇權的公平價格。因為求算MINLP模型的解需耗用大量的計算時間，我們證明此模型和其非線性規劃的寬鬆問題有相同的最佳解，所以只需求算寬鬆問題即可。觀察數值結果亦顯示非線性規劃的寬鬆問題可以大幅的降低計算的時間。此外，當市場的價格低於公平價格時，我們提出一個最小化賣方期望損失的數學規劃模型，此模型的解提供賣方最小化其期望損失的避險策略。 / In the past three decades, a great deal of effort has been made on solving the free boundary problem (FBP) arising from American option valuation problems. In this dissertation, we show that the solutions, the price and the free boundary, of this FBP are increasing functions. Furthermore, we provide a rigorous verification that the free boundary of this problem is concave. Our results imply that the optimal exercise boundary of an American call is a strictly decreasing concave function of time. These results will provide a useful information to obtain an asymptotic formula for the optimal exercise boundary. For pricing of American exchange options (AEO), we convert the associated FBP into a single variable integral equation (IE) and provide a formula for valuating the perpetual AEO. For the finite horizon AEO, we propose an asymptotic solution as time is near to expiration and develop a numerical method for its optimal exercise boundary. Compared with the computational results, the values of our asymptotic solution are close to the computational results as time is near to expiration. For valuating American options, we develop a mixed integer nonlinear programming (MINLP) model. The solution of the MINLP model provides a hedging portfolio for writers, the optimal trading strategy for buyers, and the fair price for American options at the same time. We show that it can be solved by its nonlinear programming (NLP) relaxation. The numerical results reveal that the use of NLP relaxation reduces the computation time rapidly. Moreover, when the market price is less than the fair price, we propose a minimum expected loss model. The solution of this model provides a hedging strategy that minimizes the expected loss for the writer.

Cette thèse s'intéresse à la démonstration automatique de la validité de formules mathématiques issues de la preuve de programmes. Elle se focalise tout particulièrement sur la Satisfiabilité Modulo Théories (SMT): un jeune domaine de recherche qui a connu de grands progrès durant la dernière décennie. Les démonstrateurs de cette famille ont des applications diverses dans la conception de microprocesseurs, la preuve de programmes, le model-checking, etc.Les démonstrateurs SMT offrent un bon compromis entre l'expressivité et l'efficacité. Ils reposent sur une coopération étroite d'un solveur SAT avec une combinaison de procédures de décision pour des théories spécifiques comme la théorie de l'égalité libre avec des symboles non interprétés, l'arithmétique linéaire sur les entiers et les rationnels, et la théorie des tableaux.L'objectif de cette thèse est d'améliorer l'efficacité et l'expressivité du démonstrateur SMT Alt-Ergo. Pour cela, nous proposons une nouvelle procédure de décision pour la théorie de l'arithmétique linéaire sur les entiers. Cette procédure est inspirée par la méthode de Fourier-Motzkin, mais elle utilise un simplexe sur les rationnels pour effectuer les calculs en pratique. Nous proposons également un nouveau mécanisme de combinaison, capable de raisonner dans l'union de la théorie de l'égalité libre, la théorie AC des symboles associatifs et commutatifs et une théorie arbitraire deShostak. Ce mécanisme est une extension modulaire et non intrusive de la procédure de completion close modulo AC avec la théorie de Shostak. Aussi, nous avons étendu Alt-Ergo avec des procédures de décision existantes pour y intégrer d'autres théories intéressantes comme la théorie de types de données énumérés et la théorie des tableaux. Enfin, nous avons exploré des techniques de simplification de formules en amont et l'amélioration de son solveur SAT. / This thesis tackles the problem of automatically proving the validity of mathematical formulas generated by program verification tools. In particular, it focuses on Satisfiability Modulo Theories (SMT): a young research topic that has seen great advances during the last decade. The solvers of this family have various applications in hardware design, program verification, model checking, etc.SMT solvers offer a good compromise between expressiveness and efficiency. They rely on a tight cooperation between a SAT solver and a combination of decision procedures for specific theories, such as the free theory of equality with uninterpreted symbols, linear arithmetic over integers and rationals, or the theory of arrays.This thesis aims at improving the efficiency and the expressiveness of the Alt-Ergo SMT solver. For that, we designed a new decision procedure for the theory of linear integer arithmetic. This procedure is inspired by Fourier-Motzkin's method, but it uses a rational simplex to perform computations in practice. We have also designed a new combination framework, capable of reasoning in the union of the free theory of equality, the AC theory of associative and commutativesymbols, and an arbitrary signature-disjoint Shostak theory. This framework is a modular and non-intrusive extension of the ground AC completion procedure with the given Shostak theory. In addition, we have extended Alt-Ergo with existing decision procedures to integrate additional interesting theories, such as the theory of enumerated data types and the theory of arrays. Finally, we have explored preprocessing techniques for formulas simplification as well as the enhancement of Alt-Ergo's SAT solver.

Dans le cadre industriel et académique, les méthodologies de développement logiciel exploitent de plus en plus le concept de “modèle” afin d’appréhender la complexité des systèmes temps réel critiques. En particulier, celles-ci définissent une étape dans laquelle un modèle fonctionnel, conçu comme un graphe de blocs fonctionnels communiquant via des échanges de signaux de données, est déployé sur un modèle de plateforme d’exécution matérielle et un modèle de plateforme d’exécution logicielle composé de tâches et de messages. Cette étape appelée étape de déploiement, permet d’établir une architecture opérationnelle du système nécessitant une validation des propriétés temporelles du système. Dans le contexte des systèmes temps réel dirigés par les évènements, la vérification des propriétés temporelles est réalisée à l’aide de l’analyse d’ordonnançabilité basée sur l’analyse des temps de réponse. Chaque choix de déploiement effectué a un impact essentiel sur la validité et la qualité du système. Néanmoins, les méthodologies existantes n’offrent pas de support permettant de guider le concepteur d’applications durant l’exploration de l’espace des architectures possibles. L’objectif de ces travaux de thèse consiste à mettre en place des techniques d’analyse et de synthèse automatiques permettant de guider le concepteur vers une architecture opérationnelle valide et optimisée par rapport aux performances du système. Notre proposition est dédiée à l’exploration de l’espace des architectures en tenant compte à la fois des quatre degrés de liberté déterminés durant la phase de déploiement, à savoir (j) le placement des éléments fonctionnels sur les éléments de calcul et de communication de la plateforme d’exécution, (ii) le partitionnement des éléments fonctionnels en tâches temps réel et des signaux de données en messages, (iii) l’affectation de priorités d’exécution aux tâches et aux messages du système et (iv) l’attribution du mécanisme de protection des données partagées pour les systèmes temps réel périodiques. Nous nous intéressons principalement à la satisfaction des contraintes temporelles et celles liées aux capacités des ressources de la plateforme cible. De plus, nous considérons l’optimisation des latences de bout-en-bout et la consommation mémoire. Les approches d’exploration architecturale présentées dans cette thèse sont basées sur la technique d’optimisation PLNE (programmation linéaire en nombres entiers) et concernent à la fois les applications activées périodiquement et celles dont l’activation est pilotée par les données. Contrairement à de nombreuses approches antérieures fournissant une solution partielle au problème de déploiement, les méthodes proposées considèrent l’ensemble du problème de déploiement. Les approches proposées dans cette thèse sont évaluées à l’aide d’applications génériques et industrielles. / Modern development methodologies from the industry and the academia exploit more and more the ”model” concept to address the complexity of critical real-time systems. These methodologies define a key stage in which the functional model, designed as a network of function blocks communicating through exchanged data signals, is deployed onto a hardware execution platform model and implemented in a software model consisting of a set of tasks and messages. This stage so-called deployment stage allows establishment of an operational architecture of the system, thus it requires evaluation and validation of the temporal properties of the system. In the context of event-driven real-time systems, the verification of temporal properties is performed using the schedulability analysis based on the response time analysis. Each deployment choice has an essential impact on the validity and the quality of the system. However, the existing methodologies do not provide supportto guide the designer of applications in the exploration of the operational architectures space. The objective of this thesis is to develop techniques for analysis and automatic synthesis of a valid operational architecture optimized with respect to the system performances. Our proposition is dedicated to the exploration of architectures space considering at the same time the four degrees of freedom determined during the deployment phase, (i) the placement of functional elements on the computing and communication resources of the execution platform, (ii) the partitioning of function elements into real time tasks and data signals into messages, (iii) the priority assignment to system tasks and messages and (iv) the assignment of shared data protection mechanism for periodic real-time systems. We are mainly interested in meeting temporal constraints and memory capacity of the target platform. In addition, we are focusing on the optimization of end-to-end latency and memory consumption. The design space exploration approaches presented in this thesis are based on the MILP (Mixed Integer Linear programming) optimization technique and concern at the same time time-driven and data-driven applications. Unlike many earlier approaches providing a partial solution to the deployment problem, our methods consider the whole deployment problem. The proposed approaches in this thesis are evaluated using both synthetic and industrial applications.

Le souhait d’augmenter la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique entraine une augmentation des parts des énergies volatiles et non pilotables, et rend donc l’équilibre offre-demande difficile à satisfaire. Une façon d’intégrer ces énergies dans le réseau électrique actuel est d’utiliser de petits moyens de production, de consommation et de stockage répartis sur tout le territoire pour compenser les sous ou sur productions. Afin que ces procédés puissent être intégrés dans le processus d’équilibre offre-demande, ils sont regroupés au sein d’une centrale virtuelle d’agrégation de flexibilité, qui est vue alors comme une centrale virtuelle. Comme pour tout autre moyen de production du réseau, il est nécessaire de déterminer son plan de production. Nous proposons dans un premier temps dans cette thèse une architecture et un mode de gestion pour une centrale d’agrégation composée de n’importe quel type de procédés. Dans un second temps, nous présentons des algorithmes permettant de calculer le plan de production des différents types de procédés respectant toutes leurs contraintes de fonctionnement. Et enfin, nous proposons des approches pour calculer le plan de production de la centrale d’agrégation dans le but de maximiser son gain financier en respectant les contraintes réseau. / The desire to increase the share of renewable energies in the energy mix leads to an increase inshare of volatile and non-controllable energy and makes it difficult to meet the supply-demand balance. A solution to manage anyway theses energies in the current electrical grid is to deploy new energy storage and demand response systems across the country to counter balance under or over production. In order to integrate all these energies systems to the supply and demand balance process, there are gathered together within a virtual flexibility aggregation power plant which is then seen as a virtual power plant. As for any other power plant, it is necessary to compute its production plan. Firstly, we propose in this PhD thesis an architecture and management method for an aggregation power plant composed of any type of energies systems. Then, we propose algorithms to compute the production plan of any types of energy systems satisfying all theirs constraints. Finally, we propose an approach to compute the production plan of the aggregation power plant in order to maximize its financial profit while complying with all the constraints of the grid.