The purpose of this thesis is to provide a new scheduling model of a large constellation of imaging satellites that does not use a heuristic solving method. The objective is to create a mixed-integer linear model that would be competitive in speed and in its closeness to reality against a current model using simulated annealing, while trying to improve both models. Each satellite has the choice between a number of possible events, each event having a utility and a cost, and the chosen schedule must take into account numerous time-related constraints. The main difficulties appeared in modeling realistically a battery level and in handling infeasible configurations due to inaccurate parameters. The obtained linear model has enabled a better understanding of the performance of the simulated annealing solver, and could also be adapted to different real-world scheduling problems.

O problema abordado nesta pesquisa consiste na distribuição de água em redes urbanas para o atendimento de demandas conhecidas, com o objetivo de minimizar o custo da energia elétrica necessária para o funcionamento de bombas hidráulicas. As bombas hidráulicas são utilizadas para captar água de poços artesianos ou estações de tratamento de água para abastecer reservatários distribuídos por bairros de uma cidade, de onde a população será atendida por força gravitacional. Como o custo da energia elétrica varia ao longo do dia, se faz necessário um planejamento do funcionamento das bombas para que não sejam ligadas nos horários em que a energia elétrica é mais cara. O problema de planejamento de estoque de água em reservatórios (PPEAR) consiste em decidir em quais períodos ou frações dos períodos do horizonte de planejamento as bombas hidráulicas que abastecem os reservatórios devem permanecer ligadas e em quais períodos ou frações dos períodos deve haver transporte de água entre os reservatórios para que a demanda de cada reservatório seja atendida em cada período e sejam respeitados os níveis mínimos e máximos de água nos reservatórios. Uma solução heurística para resolver o PPEAR é proposta e analisada por comparação com as soluções obtidas pelo método de enumeração implícita. Resultados computacionais comprovam a eficiência da abordagem, tanto pela qualidade das soluções como pelo baixo tempo de resposta / The problem focused in this study consists of reducing the eletrical energy cost necessary to the operation of hydraulic pumps. The hydraulic pumps are used to catch water from artesians wells or Water Treatment Station to supply tanks which are located in districts in a city, from which the population will be supplied by gravitational force. As the cost of electrical energy varies along the day, a schedule of the pumps run is necessary to avoid that they are not turned in the periods when the energy cost is more expensive. The problem of water stock schedule in tanks (WSST) consists of deciding in which periods or parts of them of the horizon planning the hydraulic pumps have to put on, and in which periods or parts of them should transfer water among the tanks so that the demand of each tank is met for each period and lower and upper limits of water shouldn\'t be violated. A heuristic solution is proposed and analyzed by comparing its solutions with the solutions obtained by the branch and bound method. Computational experiments show the efficiency of the heuristic

O problema abordado nesta pesquisa consiste na distribuição de água em redes urbanas para o atendimento de demandas conhecidas, com o objetivo de minimizar o custo da energia elétrica necessária para o funcionamento de bombas hidráulicas. As bombas hidráulicas são utilizadas para captar água de poços artesianos ou estações de tratamento de água para abastecer reservatários distribuídos por bairros de uma cidade, de onde a população será atendida por força gravitacional. Como o custo da energia elétrica varia ao longo do dia, se faz necessário um planejamento do funcionamento das bombas para que não sejam ligadas nos horários em que a energia elétrica é mais cara. O problema de planejamento de estoque de água em reservatórios (PPEAR) consiste em decidir em quais períodos ou frações dos períodos do horizonte de planejamento as bombas hidráulicas que abastecem os reservatórios devem permanecer ligadas e em quais períodos ou frações dos períodos deve haver transporte de água entre os reservatórios para que a demanda de cada reservatório seja atendida em cada período e sejam respeitados os níveis mínimos e máximos de água nos reservatórios. Uma solução heurística para resolver o PPEAR é proposta e analisada por comparação com as soluções obtidas pelo método de enumeração implícita. Resultados computacionais comprovam a eficiência da abordagem, tanto pela qualidade das soluções como pelo baixo tempo de resposta / The problem focused in this study consists of reducing the eletrical energy cost necessary to the operation of hydraulic pumps. The hydraulic pumps are used to catch water from artesians wells or Water Treatment Station to supply tanks which are located in districts in a city, from which the population will be supplied by gravitational force. As the cost of electrical energy varies along the day, a schedule of the pumps run is necessary to avoid that they are not turned in the periods when the energy cost is more expensive. The problem of water stock schedule in tanks (WSST) consists of deciding in which periods or parts of them of the horizon planning the hydraulic pumps have to put on, and in which periods or parts of them should transfer water among the tanks so that the demand of each tank is met for each period and lower and upper limits of water shouldn\'t be violated. A heuristic solution is proposed and analyzed by comparing its solutions with the solutions obtained by the branch and bound method. Computational experiments show the efficiency of the heuristic

La chaine d’approvisionnement énergétique a fortement évolué aux cours des 20 dernières années. La libéralisation des marchés de l’électricité et les nouvelles technologies ont fortement influencé la manière d’envisager la production et la transmission d’électricité. Les modèles mathématiques classiques utilisés dans les problèmes lié à l’énergie ont besoin d’être revus pour intégrer les contraintes pratiques modernes.Un problème classique pour un Compagnie Génératrice (CG) est le problème de Unit Commitment (UC) qui consiste à établir un plan de production pour une demande en électricité connue. Lorsque ce problème fut considéré, le prix de l’électricité et la demande étaient relativement simple à estimer comme une seule CG nationale avait le monopole du marché. Ce problème a été étudié de manière extensive en utilisant de la Programmation Mathématique (PM). Aujourd’hui, le prix de l’électricité est relativement volatile à cause de l’introduction de marchés dérégulés et la demande du marché est répartie entre plusieurs CGs en compétition sur divers marchés. Une CG ne peut se limiter à considérer un problème de UC seul pour envisager sa production. Il y a un besoin d’intégrer les incertitudes liées au marché de l’électricité et aux quantités à produire aux modèles utilisés pour qu’une CG puisse établir un plan de production rentable.La technologie a aussi permis d’envisager de nouveaux concept tel que les Micro-Grilles (MGs). Une MG est composée d’un ensemble de consommateurs reliés à travers un réseau de transmission, possédant des générateurs d’électricité et optimisant leur consommation interne. Ce concept est possible grâce à l’utilisation croissante d’énergies renouvelables locales ainsi que l’utilisant croissante d’appareils interconnectés. Cependant, étant donné que les énergies renouvelables ont un faible rendement, sont intermittentes et que les appareils de stockage d’énergie sont encore peu efficaces, les MGs ne peuvent pas envisager d’être pleinement autonome en électricité. Il y a donc une nécessité d’avoir un fournisseur d’électricité externe pour avoir suffisamment d’électricité disponible à tout moment. Une CG jouant le rôle de fournisseur auprès d’une MG fait face énormément d’incertitude concernant la demande à cause de la gestion interne de la MG sur laquelle elle n’a pas de contrôle.Dans cette thèse, des problèmes d’optimisation intégrant de nouvelles contraintes modernes liés à l’approvisionnement énergétique sont étudiés via la PM. Plusieurs problèmes considèrant des interactions entre plusieurs acteurs sont modélisés via des formulations bi-niveau. Nous illustrons comment les difficultés liées aux contraintes modernes peuvent être exploitées pour obtenir des propriétés permettant de reformuler les problèmes étudiés en formulation linéaire en nombre entiers. Des heuristiques performantes sont obtenus à partir des formulations exactes dont certaines sont applicables à des problèmes plus généraux. Une analyse extensive de la performance des méthodes de résolution ainsi que de l’influence des contraintes modernes sont présentées dans diverses expériences numériques. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Em diversas indústrias de manufatura (por exemplo, papeleira, moveleira, metalúrgica, têxtil) as decisões do dimensionamento de lotes interagem com outras decisões do planejamento e programação da produção, tais como, a distribuição, o processo de corte, entre outros. Porém, usualmente, essas decisões são tratadas de forma isolada, reduzindo o espaço de soluções e a interdependência entre as decisões, elevando assim os custos totais. Nesta tese, estudamos o processo produtivo de indústrias de móveis de pequeno porte, que consiste em cortar placas grandes disponíveis em estoque para obter diversos tipos de peças que são processadas posteriormente em outros estágios e equipamentos com capacidades limitadas para, finalmente, comporem os produtos demandados. Os problemas de dimensionamento de lotes e corte de estoque são acoplados em um modelo de otimização linear inteiro cujo objetivo é minimizar os custos de produção, estoque de produtos, preparação de máquinas e perda de matéria-prima. Esse modelo mostra o compromisso existente entre antecipar ou não a fabricação de certos produtos aumentando os custos de estoque, mas reduzindo a perda de matéria-prima ao obter melhores combinações entre as peças. O impacto da incerteza da demanda (composta pela carteira de pedidos e mais uma quantidade extra estimada) foi amortizado pela estratégia de horizonte de planejamento rolante e por variáveis de decisão que representam uma produção extra para a demanda esperada no melhor momento, visando a minimização dos custos totais. Dois métodos heurísticos são desenvolvidos para resolver uma simplificação do modelo matemático proposto, o qual possui um alto grau de complexidade. Os experimentos computacionais realizados com exemplares gerados a partir de dados reais coletados em uma indústria de móveis de pequeno porte, uma análise dos resultados, as conclusões e perspectivas para este trabalho são apresentados / In the many manufacturing industries (e.g., paper industry, furniture, steel, textile), lot-sizing decisions generally arise together with other decisions of planning production, such as distribution, cutting, scheduling and others. However, usually, these decisions are dealt with separately, which reduce the solution space and break dependence on decisions, increasing the total costs. In this thesis, we study the production process that arises in small scale furniture industries, which consists basically of cutting large plates available in stock into several thicknesses to obtain different types of pieces required to manufacture lots of ordered products. The cutting and drilling machines are possibly bottlenecks and their capacities have to be taken into account. The lot-sizing and cutting stock problems are coupled with each other in a large scale linear integer optimization model, whose objective function consists in minimizing different costs simultaneously, production, inventory, raw material waste and setup costs. The proposed model captures the tradeoff between making inventory and reducing losses. The impact of the uncertainty of the demand, which is composed with ordered and forecasting products) was smoothed down by a rolling horizon strategy and by new decision variables that represent extra production to meet forecasting demands at the best moment, aiming at total cost minimization. Two heuristic methods are proposed to solve relaxation of the mathematical model. Randomly generated instances based on real world life data were used for the computational experiments for empirical analyses of the model and the proposed solution methods

Essa pesquisa propõe abordar o problema da alocação de medidores em sistemas de distribuição, de forma a reduzir os custos, garantindo o monitoramento dos distúrbios que afetam a qualidade da energia elétrica, mas também de obter alocações de medidores que facilitem a localização do curto-circuito. O problema de otimização é formulado por meio da programação linear inteira e resolvido por meio de algoritmos adequados para implementar cada modelagem matemática. São considerados sistemas testes com diferentes características, com destaque para a presença de linhas monofásicas e/ou bifásicas, linhas heterogêneas e geradores distribuídos acoplados na rede de distribuição principal. O problema de otimização clássico (reduzir custos garantindo o monitoramento) é retomado e é proposta uma modelagem mais geral, aplicável também a sistemas de distribuição com a presença de ramais monofásicos e/ou bifásicos. A parte da modelagem voltada para o problema da localização de faltas visa à redução das situações de múltipla estimação do local da falta, caracterizadas pela existência de múltiplos pontos no sistema com a mesma distância elétrica até a subestação. Esses dois modelos foram resolvidos separadamente, como dois problemas de otimização mono-objetivo, e em conjunto, sendo portanto, um problema multi-objetivo. As instâncias testadas incluem conjuntos de faltas de todos os tipos, simuladas ao longo das linhas do sistema, considerando a variação da impedância de falta. Os resultados apresentaram soluções de monitoramento para os dois sistemas testes considerados contendo entre 2 e 7 medidores. As soluções alcançadas são atrativas para a concessionária, pois requerem baixo custo de investimento e manutenção dos equipamentos e da infraestrutura de comunicação. A metodologia proposta apresentou alocações dispostas estrategicamente que garantem o monitoramento da qualidade da energia elétrica e minimizam o problema da múltipla estimação da falta, possibilitando o seu uso como suporte a um sistema localizador de faltas. / This research proposes to address the monitors allocation problem in distribution systems, aiming to reduce costs, ensuring the monitoring of disturbances affecting the power quality, but also to obtain monitoring systems that facilitate the process of fault location. The optimization problem is formulated through integer linear programming and solved by suitable algorithms for each mathematical modeling. Test systems with different characteristics, emphasis on the presence of single-phase and/or biphasic lines, heterogeneous lines and distributed generators were considered. The classic optimization problem (reduce costs by ensuring disturbance monitoring) is covered and a more general modeling is proposed, also applicable to distribution systems with the presence of single-phase and/or biphasic branches. The process of fault location is supported through the reduction of the multiple estimation of fault location, characterized by the existence of multiple points in the system with the same electrical distance to the substation. These two models were solved separately, as two mono-objective optimization problems, and together, in a multi-objective perspective. The tested instances include sets of faults of all types, simulated along the lines of the system, considering the fault impedance variation. The results presented monitoring solutions for the two test systems considered containing between 2 and 7 meters. The solutions achieved are attractive to the utility, as they require low investment and maintenance costs for equipment and communication infrastructure. The proposed methodology presented allocations strategically placed that guarantee the power quality monitoring and minimize the multiple estimation problem, allowing its use as support to a faults locator system.

Em diversas indústrias de manufatura (por exemplo, papeleira, moveleira, metalúrgica, têxtil) as decisões do dimensionamento de lotes interagem com outras decisões do planejamento e programação da produção, tais como, a distribuição, o processo de corte, entre outros. Porém, usualmente, essas decisões são tratadas de forma isolada, reduzindo o espaço de soluções e a interdependência entre as decisões, elevando assim os custos totais. Nesta tese, estudamos o processo produtivo de indústrias de móveis de pequeno porte, que consiste em cortar placas grandes disponíveis em estoque para obter diversos tipos de peças que são processadas posteriormente em outros estágios e equipamentos com capacidades limitadas para, finalmente, comporem os produtos demandados. Os problemas de dimensionamento de lotes e corte de estoque são acoplados em um modelo de otimização linear inteiro cujo objetivo é minimizar os custos de produção, estoque de produtos, preparação de máquinas e perda de matéria-prima. Esse modelo mostra o compromisso existente entre antecipar ou não a fabricação de certos produtos aumentando os custos de estoque, mas reduzindo a perda de matéria-prima ao obter melhores combinações entre as peças. O impacto da incerteza da demanda (composta pela carteira de pedidos e mais uma quantidade extra estimada) foi amortizado pela estratégia de horizonte de planejamento rolante e por variáveis de decisão que representam uma produção extra para a demanda esperada no melhor momento, visando a minimização dos custos totais. Dois métodos heurísticos são desenvolvidos para resolver uma simplificação do modelo matemático proposto, o qual possui um alto grau de complexidade. Os experimentos computacionais realizados com exemplares gerados a partir de dados reais coletados em uma indústria de móveis de pequeno porte, uma análise dos resultados, as conclusões e perspectivas para este trabalho são apresentados / In the many manufacturing industries (e.g., paper industry, furniture, steel, textile), lot-sizing decisions generally arise together with other decisions of planning production, such as distribution, cutting, scheduling and others. However, usually, these decisions are dealt with separately, which reduce the solution space and break dependence on decisions, increasing the total costs. In this thesis, we study the production process that arises in small scale furniture industries, which consists basically of cutting large plates available in stock into several thicknesses to obtain different types of pieces required to manufacture lots of ordered products. The cutting and drilling machines are possibly bottlenecks and their capacities have to be taken into account. The lot-sizing and cutting stock problems are coupled with each other in a large scale linear integer optimization model, whose objective function consists in minimizing different costs simultaneously, production, inventory, raw material waste and setup costs. The proposed model captures the tradeoff between making inventory and reducing losses. The impact of the uncertainty of the demand, which is composed with ordered and forecasting products) was smoothed down by a rolling horizon strategy and by new decision variables that represent extra production to meet forecasting demands at the best moment, aiming at total cost minimization. Two heuristic methods are proposed to solve relaxation of the mathematical model. Randomly generated instances based on real world life data were used for the computational experiments for empirical analyses of the model and the proposed solution methods

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:50:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2552.pdf: 3720513 bytes, checksum: fef1e4e66d1cfc987b00426d1ca179d2 (MD5) Previous issue date: 2009-04-24 / The main concern of this work is related to the development of an aggregate production planning model of a cooperative society of sugar and alcohol milling companies. This mathematical model is based on a hierarquical approach between the annual planning problem of the cooperative and the tactical planning horizon of the sugarcane mills. In the cooperative level the main questions are related to the allocation of production goals to each mill and the management of inventory and dynamic demands. In the milling companies level a process selection model aims at helping the decision makers to determine the quantity of sugarcane crushed, the selection of sugarcane suppliers, the selection of sugarcane transport system suppliers, the selection of industrial process used in the sugar, alcohol, molasses and energy production. Besides that, this work presents an analysis of the impact of uncertainties in the aggregate planning problem parameters, using robust optimization techniques. To solve the linear and mixed integer mathematical problem found in this modeling, we applied a state of the art modelling language with an optimization solver. A case study was developed in a cooperative of sugar and alcohol milling companies located in the state of Alagoas- Brazil and at Santa Clotilde mill, located in the city of Rio Largo-AL. The results of this case study helped us to verify the applicability of the proposed models in the aggregate production planning of the studied organizations. Computational results are presented and analyzed with real data application. / O objetivo deste trabalho é desenvolver modelos de programação matemática para o planejamento agregado da produção em usinas cooperadas do setor sucroenergético. Os modelos desenvolvidos devem considerar a relação hierárquica existente entre o planejamento anual de toda a cooperativa e o planejamento tático de safra de uma das usinas cooperadas. No nível de decisão da cooperativa o modelo deve indicar a meta de produção de cada usina e definir a política de estocagem e de atendimento da demanda. No nível de decisão da usina o modelo deve sugerir a quantidade de cana-de-açúcar colhida por fornecedor, a quantidade de cana transportada por prestador de serviço, a seleção dos processos de produção de açúcar, álcool, melaço e energia elétrica. Além disso, esta tese explora a aplicação de técnicas de otimização robusta para tratar incertezas inerentes aos parâmetros utilizados no processo decisório da cooperativa e de cada usina. Para resolver os modelos de programação linear e programação inteira mista, utilizou-se uma linguagem de modelagem algébrica e um solver de última geração de programação matemática. Um estudo de caso foi realizado na cooperativa regional dos produtores de açúcar e álcool do estado de Alagoas e na usina cooperada Santa Clotilde, localizada no município de Rio Largo-AL. Neste estudo, foi possível verificar a adequação dos modelos propostos quando aplicados para apoiar decisões envolvidas no planejamento agregado da produção das organizações estudadas. Resultados computacionais são apresentados e analisados, comparando o planejamento executado pelas empresas e os resultados obtidos com a modelagem.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:52:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRPOP.pdf: 1876402 bytes, checksum: 300c17ebe260a12d247647b5184b3700 (MD5) Previous issue date: 2006-02-22 / The main concern of this work is related with the development of an aggregate production planning model of a sugar and alcohol milling company. This mathematical model is based on the process selection model and the production lotsizing model, and aims to help the decision makers in the production planning and control process of determining the quantity of sugarcane crushed, the selection of sugarcane suppliers, the selection of sugarcane transport system suppliers, the selection of industrial process used in the sugar, alcohol and molasses production and the storage decisions related with this final products. The decisions are taken in a week bases and the planning horizon is the whole sugarcane harvesting season. To solve the mixed integer mathematical problem found in this modeling, we applied the GAMS modeling language and the CPLEX solver. A case study was developed in a sugar and alcohol milling company located in Rio Largo, state of Alagoas, Brazil. The results of this case study helped us to verify the applicability of the proposed model in the aggregate production planning of a milling company. Computational results are presented for some scenarios of one illustrative example and some scenarios in a real data application. / O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo de planejamento agregado da produção que seja capaz de apoiar parte das principais decisões envolvidas no planejamento e controle da produção de uma usina de açúcar e álcool. Este modelo se baseia nos modelos clássicos de seleção de processos e dimensionamento de lotes de produção para representar o sistema de produção de açúcar, álcool, melaço e subprodutos, desde as principais decisões da etapa agrícola até as decisões de estocagem do produto final, passando pelas decisões da fase de corte, carregamento e transporte e, principalmente, as decisões de moagem e escolha do processo produtivo. As decisões são tomadas em períodos semanais e o horizonte de planejamento é o período de safra. Para resolver o modelo de programação linear inteira mista resultante, utilizou-se a linguagem de modelagem GAMS e o solver CPLEX. Um estudo de caso foi realizado numa usina de açúcar e álcool localizada no município de Rio Largo, estado de Alagoas. Neste estudo de caso, foi possível verificar a adequação do modelo proposto quando aplicado às decisões envolvidas no planejamento agregado da produção de uma empresa deste tipo. Resultados computacionais são apresentados, resolvendo-se alguns cenários de um exemplo ilustrativo e outros cenários de uma aplicação com dados reais.