This master‘s thesis deals with problems of optimization of cooling in electrical machines. This work includes introduction to the theory of mathematical optimization and brief introduction to optimization problems. This thesis deals with using of program Ansys Workbench for the thermal analysis in electrical machines and optimization of their cooling. Thesis contains thermal analyse of specific asynchronous motor with the squirrel cage and optimization of its cooling.

Tesis por compendio / [ES] Algunos productos se caracterizan por su falta de homogeneidad, lo que significa que productos con diferentes características pueden ser obtenidos de un mismo proceso de producción debido a factores incontrolables como la naturaleza de las materias primas o las condiciones ambientales durante la producción. Hay cuatro aspectos que caracterizan la falta de homogeneidad en el producto: los subtipos homogéneos que se obtienen de un mismo lote de producción, la cantidad de productos que componen cada subtipo, el valor de cada uno de los subtipos, y el estado de los productos. La falta de homogeneidad en el producto dificulta la gestión de los procesos de las empresas y cadenas de suministro en el momento en el que los clientes requieren homogeneidad entre las unidades de producto que adquieren. Un ejemplo de esto se produce en el sector de la cerámica, en el que los clientes requieren que todas las unidades que van a ser ensambladas juntas tengan el mismo color, espesor y calidad por razones estéticas y de seguridad. Otro ejemplo es el extraído del sector agroalimentario, en el que el mercado final requiere productos que cumplan con un tamaño mínimo, un color particular, o sabor en el caso de las frutas. Además, el sector agroalimentario tiene la complejidad añadida producida por el deterioro de los productos a lo largo del tiempo, y la necesidad de los mercados de ofrecer a los clientes productos con una mínima duración tras su venta. En esta Tesis, se define como productos heterogéneos a aquellos productos que se pueden clasificar en subtipos homogéneos con una cantidad variable, mientras que los productos perecederos son aquellos que, además de ser heterogéneos, tienen falta de homogeneidad en su estado. De acuerdo con estos conceptos, el sector cerámico comercializa productos heterogéneos mientras que el sector agroalimentario comercializa productos perecederos. Esta Tesis propone marcos conceptuales y modelos de Investigación Operativa que soporten la gestión de cadenas de suministro con productos heterogéneos y perecederos en la toma de decisiones centralizada y distribuidas relacionadas con los niveles de decisión estratégica, táctica y operativa. El objetivo es mejorar la competitividad, sostenibilidad y flexibilidad de la cadena de suministro para adaptarse a los requerimientos del mercado bajo condiciones de incertidumbre. Para esto, se han propuesto modelos de Investigación Operativa deterministas e inciertos, cuyos resultados se comparan concluyendo que los resultados obtenidos con los modelos inciertos se adaptan mejor al comportamiento real de las cadenas de suministros.Los modelos de Investigación Operativa propuestos han contribuido a tres áreas de investigación: problemas operativos en el sector cerámico, problemas estratégicos en el sector agroalimentario y problemas de planificación en el sector agroalimentario. Las principales novedades en los problemas operativos en el sector cerámico son el modelado de las características de las baldosas cerámicas, la consideración de los requerimientos de homogeneidad entre unidades de diferentes líneas de pedido, y la posibilidad de realizar entregas parciales y entregas con retraso. Esta Tesis contribuye a los problemas estratégicos en el sector agroalimentario al diseñar una cadena de suministro completa de productos agroalimentarios frescos considerando el aspecto perecedero de los productos e integrando decisiones tácticas, y determinando el impacto real que tiene considerar el aspecto perecedero de los productos durante el diseño de la cadena de suministro ... / [CA] Alguns productes es caracteritzen per la seua falta d'homogeneïtat, el que significa que productes amb diferents característiques poden ser obtinguts d'un mateix procés de producció degut a factors incontrolables com la naturalesa de les matèries primeres o les condicions ambientals durant la producció. Hi ha quatre aspectes que caracteritzen la falta d'homogeneïtat en el producte: els subtipus homogenis que s'obtenen d'un mateix lot de producció, la quantitat de productes que componen cada subtipus, el valor de cada un dels subtipus, i l'estat dels productes. La falta d'homogeneïtat en el producte dificulta la gestió dels processos de les empreses i cadenes de subministrament en el moment en què els clients requerixen homogeneïtat entre les unitats de producte que adquirixen. Un exemple d'açò es produïx en el sector de la ceràmica, en el que els clients requerixen que totes les unitats que seran acoblades juntes tinguen el mateix color, grossària i qualitat per raons estètiques i de seguretat. Un altre exemple és l'extret del sector agroalimentari, en el que el mercat final requerix productes que complisquen amb una grandària mínima, un color particular, o sabor en el cas de les fruites. A més, el sector agroalimentari té la complexitat afegida produïda pel deteriorament dels productes al llarg del temps, i la necessitat dels mercats d'oferir als clients productes amb una mínima duració després de la seua venda. En aquesta Tesi, es definix com a productes heterogenis a aquells productes que es poden classificar en subtipus homogenis amb una quantitat variable, mentres que els productes peribles són aquells que, a més de ser heterogenis, tenen falta d'homogeneïtat en el seu estat. D'acord amb aquests conceptes, el sector ceràmic comercialitza productes heterogenis mentres que el sector agroalimentari comercialitza productes peribles. Aquesta Tesi proposa marcs conceptuals i models d'Investigació Operativa que suporten la gestió de cadenes de subministrament amb productes heterogenis i peribles en la presa de decisions centralitzada i distribuïdes relacionades amb els nivells de decisió estratègica, tàctica i operativa. L'objectiu és millorar la competitivitat, sostenibilitat i flexibilitat de la cadena de subministrament per adaptar-se als requeriments del mercat sota condicions d'incertesa. Per a açò, s'han proposat models d'Investigació Operativa deterministes i incerts, els resultats es comparen concloent que els resultats obtinguts amb els models incerts s'adapten millor al comportament real de les cadenes de subministraments. Els models d'Investigació Operativa proposats han contribuït a tres àrees d'investigació: problemes operatius en el sector ceràmic, problemes estratègics en el sector agroalimentari i problemes de planificació en el sector agroalimentari. Les principals novetats en els problemes operatius en el sector ceràmic són el modelatge de les característiques de les rajoles ceràmiques, la consideració dels requeriments d'homogeneïtat entre unitats de diferents línies de comanda, i la possibilitat de realitzar lliuraments parcials i lliuraments amb retard. Aquesta Tesi contribueix als problemes estratègics en el sector agroalimentari al dissenyar una cadena de subministrament completa de productes agroalimentaris frescos considerant l'aspecte perible dels productes, integrant decisions tàctiques, i determinant l'impacte real que té considerar l'aspecte perible dels productes durant el disseny de la cadena de subministrament ... / [EN] Some products are characterised by their lack of homogeneity, what means that products with different characteristics can be obtained from the same production process due to uncontrollable factors such as the nature of raw materials or the environmental conditions during production. There are four aspects that characterize the lack of homogeneity in the product: the homogeneous subtypes to be obtained from a production lot, the quantity of products that belong to each subtype, the value related to each of the subtypes and the state of the products. The lack of homogeneity in the product hinders the management of the supply chain or company's processes at the time customers require the homogeneity among the acquired units of product. An example of this is produced in the ceramic tile sector, in which customers need all acquired ceramic tiles that are going to be jointly assembled to have the same colour, thickness and quality for aesthetic and safety reasons. Another example is the extracted from the agri-food sector, in which final markets require products that meet some characteristics such as a minimum size, a particular colour or flavour in the case of fruits. In addition, the agri-food sector has the added complexity produced by the deterioration of products over time, and the need of markets to offer to end consumers products with a minimum durability after sale. In this Thesis, heterogeneous products are defined as products for which different subtypes can be obtained in a variable quantity while perishable products are those that, apart from being heterogeneous, have a lack of homogeneity in their state. According to these concepts, ceramic sectors would commercialize heterogeneous products while the agri-food sector would do so with perishable products. This Thesis proposes conceptual frameworks and Operations Research models to support the management of supply chains with heterogeneous and perishable products in centralized and distributed decision-making processes related to strategic, tactical and operative decisional levels. The objective is to improve the supply chain competitiveness, sustainability and flexibility to adapt to market requirements under uncertain conditions. For this, both deterministic and uncertain Operations Research models have been proposed, whose results are compared concluding that results obtained with uncertain models better fit with the behaviour of real supply chains. The proposed Operations Research models have contributed to three research areas: operational problems in the ceramic sector, strategic problems in the agri-food sector and planning problems in the agri-food sector. Main novelties in the ceramic operational problems are the modelling of the characteristics of ceramic tile products, the consideration of homogeneity requirements between units from different order lines, and the possibility of making partial deliveries and delayed deliveries. This Thesis contributes to strategic problems in agri-food products by designing an entire fresh agri-food supply chain considering the perishability of products and integrating tactical decisions, and by determining the real impact that considering the products' perishability has on the supply chain design process ... / This Thesis has been developed in the Research Centre of Management and Production Engineering (CIGIP, for its acronym in Spanish “Centro de Investigación en Gestión e Ingeniería de Producción”) of the Universitat Politècnica de València with the support of the predoctoral grant Programme of Formation of University Professors (FPU, for its acronym in Spanish “Formación de Profesorado Universitario”) from the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities (Ref. FPU15/03595). The supervisors of this Thesis are Dr. Angel Ortiz, and Dra. María del Mar Alemany Diaz that are Professors in the Research Centre of Management and Production Engineering (CIGIP) of the Universitat Politècnica de València. The FPU grant has been endorsed by the supervisor Dr. Ángel Ortiz. This Thesis has also been supported by the project ‘RUC-APS: Enhancing and implementing Knowledge based ICT solutions within high Risk and Uncertain Conditions for Agriculture Production Systems’ (Ref. 691249) funded by the EU under its funding scheme H2020-MSCA-RISE-2015, the project ‘Methods and models for operations planning and order management in supply chains characterised by uncertainty in production due to the lack of product uniformity’ (PLANGES-FHP) (Ref. DPI2011- 23597) funded by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness. The projects RUC-APS and PLANGES-FHP have been led by the one of the supervisors of this Thesis Dr. María del Mar Eva Alemany. In order to obtain the international mention for this Thesis, three months of research stages have been made in the research agency Agenzia Lucana di Sviluppo e di Innovazione in Agricoltora, located in Metaponto (Italy) / Esteso Álvarez, A. (2020). Operations research models for the management of supply chains of perishable and heterogeneous products in uncertain contexts. Application to the agri-food and ceramic sectors [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/141099 / Compendio

Le problème d’ordre linéaire (LOP) a reçu beaucoup d’attention dans différents domaines d’application, allant de l’archéologie à l’ordonnancement en passant par l’économie et même de la psychologie mathématique. Ce problème est aussi connu pour être parmi les problèmes NP-difficiles. Nous considérons dans cette thèse une variante de (LOP) sous contrainte de cardinalité. Nous cherchons donc un ordre linéaire d’un sous-ensemble de sommets du graphe de préférences de cardinalité fixée et de poids maximum. Ce problème, appelé (FCLOP) pour ’fixed-cardinality linear ordering problem’, n’a pas été étudié en tant que tel dans la littérature scientifique même si plusieurs applications dans les domaines de macro-économie, de classification dominante ou de transport maritime existent concrètement. On retrouve en fait ses caractéristiques dans les modèles étendus de sous-graphes acycliques. Le problème d’ordre linéaire est déjà connu comme un problème NP-difficile et il a donné lieu à de nombreuses études, tant théoriques sur la structure polyédrale de l’ensemble des solutions réalisables en variables 0-1 que numériques grâce à des techniques de relaxation et de séparation progressive. Cependant on voit qu’il existe de nombreux cas dans la littérature, dans lesquelles des solveurs de Programmation Linéaire en nombres entiers comme CPLEX peuvent en résoudre certaines instances en moins de 10 secondes, mais une fois que la cardinalité est limitée, ces mêmes instances deviennent très difficiles à résoudre. Sur les aspects polyédraux, nous avons étudié le polytope de FCLOP, défini plusieurs classes d’inégalités valides et identifié la dimension ainsi que certaines inégalités qui définissent des facettes pour le polytope de FCLOP. Nous avons introduit un algorithme Relax-and-Cut basé sur ces résultats pour résoudre les instances du problème. Dans cette étude, nous nous sommes également concentrés sur la relaxation Lagrangienne pour résoudre ces cas difficiles. Nous avons étudié différentes stratégies de relaxation et nous avons comparé les bornes duales par rapport à la consolidation obtenue à partir de chaque stratégie de relâcher les contraintes afin de détecter le sous-ensemble des contraintes le plus approprié. Les résultats numériques montrent que nous pouvons trouver des bornes duales de très haute qualité. Nous avons également mis en place une méthode de décomposition Lagrangienne. Dans ce but, nous avons décomposé le modèle de FCLOP en trois sous-problèmes (au lieu de seulement deux) associés aux contraintes de ’tournoi’, de ’graphes sans circuits’ et de ’cardinalité’. Les résultats numériques montrent une amélioration significative de la qualité des bornes duales pour plusieurs cas. Nous avons aussi mis en oeuvre une méthode de plans sécants (cutting plane algorithm) basée sur la relaxation pure des contraintes de circuits. Dans cette méthode, on a relâché une partie des contraintes et on les a ajoutées au modèle au cas où il y a des de/des violations. Les résultats numériques montrent des performances prometteuses quant à la réduction du temps de calcul et à la résolution d’instances difficiles hors d’atteinte des solveurs classiques en PLNE. / Linear Ordering Problem (LOP) has receive significant attention in different areas of application, ranging from transportation and scheduling to economics and even archeology and mathematical psychology. It is classified as a NP-hard problem. Assume a complete weighted directed graph on V n , |V n |= n. A permutation of the elements of this finite set of vertices is a linear order. Now let p be a given fixed integer number, 0 ≤ p ≤ n. The p-Fixed Cardinality Linear Ordering Problem (FCLOP) is looking for a subset of vertices containing p nodes and a linear order on the nodes in S. Graphically, there exists exactly one directed arc between every pair of vertices in an LOP feasible solution, which is also a complete cycle-free digraph and the objective is to maximize the sum of the weights of all the arcs in a feasible solution. In the FCLOP, we are looking for a subset S ⊆ V n such that |S|= p and an LOP on these S nodes. Hence the objective is to find the best subset of the nodes and an LOP over these p nodes that maximize the sum of the weights of all the arcs in the solution. Graphically, a feasible solution of the FCLOP is a complete cycle-free digraph on S plus a set of n − p vertices that are not connected to any of the other vertices. There are several studies available in the literature focused on polyhedral aspects of the linear ordering problem as well as various exact and heuristic solution methods. The fixed cardinality linear ordering problem is presented for the first time in this PhD study, so as far as we know, there is no other study in the literature that has studied this problem. The linear ordering problem is already known as a NP-hard problem. However one sees that there exist many instances in the literature that can be solved by CPLEX in less than 10 seconds (when p = n), but once the cardinality number is limited to p (p < n), the instance is not anymore solvable due to the memory issue. We have studied the polytope corresponding to the FCLOP for different cardinality values. We have identified dimension of the polytope, proposed several classes of valid inequalities and showed that among these sets of valid inequalities, some of them are defining facets for the FCLOP polytope for different cardinality values. We have then introduced a Relax-and-Cut algorithm based on these results to solve instances of the FCLOP. To solve the instances of the problem, in the beginning, we have applied the Lagrangian relaxation algorithm. We have studied different relaxation strategies and compared the dual bound obtained from each case to detect the most suitable subproblem. Numerical results show that some of the relaxation strategies result better dual bound and some other contribute more in reducing the computational time and provide a relatively good dual bound in a shorter time. We have also implemented a Lagrangian decomposition algorithm, decom-6 posing the FCLOP model to three subproblems (instead of only two subproblems). The interest of decomposing the FCLOP model to three subproblems comes mostly from the nature of the three subproblems, which are relatively quite easier to solve compared to the initial FCLOP model. Numerical results show a significant improvement in the quality of dual bounds for several instances. We could also obtain relatively quite better dual bounds in a shorter time comparing to the other relaxation strategies. We have proposed a cutting plane algorithm based on the pure relaxation strategy. In this algorithm, we firstly relax a subset of constraints that due to the problem structure, a very few number of them are active. Then in the course of the branch-and-bound tree we verify if there exist any violated constraint among the relaxed constraints or. Then the characterized violated constraints will be globally added to the model. (...)

[ES] En esta tesis doctoral se desarrollan modelos de programación matemática para el diseño estratégico-táctico de una red de transporte intermodal que combina dos tipos de problemas de decisiones: la localización de instalaciones y el diseño de la red de transporte. Esta combinación se reconoce en la literatura como problemas combinados LI-DR. El problema combinado se estudia para una situación real y se analizan el comportamiento de la solución óptima, a partir de distintos aspectos como: la disponibilidad del presupuesto de inversión, capacidad de las instalaciones intermodales, múltiples periodos de decisiones, interdependencia en la priorización de las decisiones, múltiples fuentes de financiación y criterios de optimización para las tres dimensiones de sostenibilidad. Para la situación real se referencian las condiciones de acceso y conectividad de la Zona de Desarrollo Económico y Social (ZODES) Magdalena Medio del departamento de Bolívar en Colombia, y el potencial de la industria agroalimentaria para esta subregión. Con el propósito de identificar factores clave que perfilen la formulación respecto a la composición y funcionamiento de los sistemas intermodales y en los problemas combinados LI-DR se analiza la literatura desde estas dos perspectivas. El análisis de la literatura ha permitido aportar dos clasificaciones novedosas e identificar retos para la investigación futura. Para la formulación de los modelos se lleva a cabo la sistemática de pasos definidos para la aplicación de las técnicas de programación matemática. Con estos pasos se logra transformar el problema del mundo real a un problema manejable con estas técnicas. La transformación favorece la interpretación matemática del problema combinado LI-DR intermodal, la modelación de los datos y la definición de una estructura de red de entrada para indexar las decisiones estratégicas y tácticas. Los modelos de programación matemática se construyen de manera gradual. En concreto, se proponen 2 versiones que se representan en 5 variantes. Se comienza formulando un modelo de programación lineal entero-mixto (MPLEM) mono-periodo para analizar, desde un enfoque económico, la sensibilidad de las capacidades del sistema intermodal, la capacidad financiera de los tomadores de decisiones y la variación de la demanda. A continuación, sobre la base de este modelo se propone un MPLEM multi-periodo y dos variantes para validar las condiciones de interdependencia en la toma de decisiones estratégica y la participación de múltiples actores en la financiación de los proyectos de inversión. Finalmente, se formula un MPLEM multi-objetivo para optimizar simultáneamente las tres dimensiones de sostenibilidad. Para resolver y validar los modelos se implementaron dos esquemas de resolución. En los esquemas se utilizan los lenguajes de programación R y Python con el software de optimización matemática Gurobi Optimizer. Se realizan experimentos numéricos para distintos escenarios y se analiza el comportamiento de las soluciones considerando distintos valores a los parámetros. Los resultados obtenidos permiten comprobar la utilidad de los modelos matemáticos e identificar las principales limitaciones y futuras líneas de trabajo. / [CA] En aquesta tesi doctoral es desenvolupen models de programació matemàtica per al disseny estratègic-tàctic d'una xarxa de transport intermodal que combina dos tipus de problemes de decisions: la localització d'instal·lacions i el disseny de la xarxa de transport. Aquesta combinació es reconeix en la literatura com problemes combinats LI-DR. El problema combinat s'estudia per a una situació real i s'analitzen el comportament de la solució òptima, a partir de diferents aspectes com: la disponibilitat de l'pressupost d'inversió, capacitat de les instal·lacions intermodals, múltiples períodes de decisions, interdependència en la priorització de les decisions, múltiples fonts de finançament i criteris d'optimització per a les tres dimensions de sostenibilitat. Per a la situació real es referencien les condicions d'accés i connectivitat de la Zona de Desenvolupament Econòmic i Social (ZODES) Magdalena Medio de el departament de Bolívar a Colòmbia, i el potencial de la indústria agroalimentària per a aquesta subregió. Amb el propòsit d'identificar factors clau que perfilin la formulació respecte a la composició i funcionament dels sistemes intermodals i en els problemes combinats LI-DR s'analitza la literatura des d'aquestes dues perspectives. L'anàlisi de la literatura ha permès aportar dues classificacions noves i identificar reptes per a la investigació futura. Per a la formulació dels models es porta a terme la sistemàtica de passos definits per l'aplicació de les tècniques de programació matemàtica. Amb aquests passos s'aconsegueix transformar el problema de l'món real a un problema manejable amb aquestes tècniques. La transformació afavoreix la interpretació matemàtica de el problema combinat LI-DR intermodal, la modelació de les dades i la definició d'una estructura de xarxa d'entrada per indexar les decisions estratègiques i tàctiques. Els models de programació matemàtica es construeixen de manera gradual. En concret, es proposen 2 versions que es representen en 5 variants. Es comença formulant un model de programació lineal sencer-mixt (MPLEM) mono-període per analitzar, des d'un enfocament econòmic, la sensibilitat de les capacitats de sistema intermodal, la capacitat financera dels prenedors de decisions i la variació de la demanda. A continuació, sobre la base d'aquest model es proposa un MPLEM multi-període i dues variants per validar les condicions d'interdependència en la presa de decisions estratègica i la participació de múltiples actors en el finançament dels projectes d'inversió. Finalment, es formula un MPLEM multi-objectiu per optimitzar simultàniament les tres dimensions de sostenibilitat. Per resoldre i validar els models es van implementar dos esquemes de resolució. En els esquemes s'utilitzen els llenguatges de programació R i Python amb el programari d'optimització matemàtica Gurobi Optimizer. Es realitzen experiments numèrics per a diferents escenaris i s'analitza el comportament de les solucions considerant diferents valors als paràmetres. Els resultats obtinguts permeten comprovar la utilitat dels models matemàtics i identificar les principals limitacions i futures línies de treball. / [EN] In this doctoral thesis, mathematical programming models are developed aiming at the strategic-tactical design of an intermodal transport network that combines two types of decision problems: the location of facilities and the transport network design. In the literature, this combination is recognized as combined LI-DR problems. The combined problem is studied for a real situation and the performance of the optimal solution is analyzed in relation to different aspects such as the investment budget availability, the intermodal facilities capacity, multiple decision periods, interdependence in the prioritization of the decisions, multiple sources of funding and optimization criteria for the three dimensions of sustainability. In what concern to the real situation, the access and connectivity conditions of the Magdalena Medio Economic and Social Development Zone (ZODES, for its acronym in Spanish) of the Bolívar department in Colombia, and the potential of the agri-food industry for this subregion, are considered. Aiming the identification of key factors that outlines the formulation regarding the composition and operation of intermodal systems and, in combined LI-DR problems, the literature is reviewed from these two perspectives. The literature analysis has made it possible to provide two novel classifications and to identify challenges for future research. The formulation of models follows the systematic steps already defined for the application of mathematical programming techniques. Following these steps, it is possible to transform the problem from a real-world problem to a manageable one. The transformation promotes the mathematical interpretation of the intermodal LI-DR combined problem, the data modeling, and the definition of an input network structure to index strategic and tactical decisions. Mathematical programming models are built gradually. Specifically, 2 versions are proposed, which are represented by 5 variants. Firstly, it is formulated a single-period mixed-integer linear programming model (MILPM) in order to analyze, from an economic perspective, the sensitivity of the intermodal system capacities, the financial capacity of the decision-makers, and the demand changes. Based on the aforementioned model, a multi-period MILPM and two variants are proposed aiming to validate the conditions of interdependence in strategic decision-making and the participation of multiple actors in the investment projects financing. Finally, a multi-objective MILPM is formulated to simultaneously optimize all three dimensions of sustainability. To solve and validate the models, two resolution schemes were implemented. The schematics use the R and Python programming languages with the mathematical optimization software Gurobi Optimizer. Numerical tests are carried out for different scenarios and the performance of the solutions is analyzed considering different values for the parameters. The results obtained allow us to verify the usefulness of the models proposed and identify the main limitations and future lines of work. / Agamez Arias, ADM. (2021). Modelos de optimización para el diseño estratégico-táctico de una red de transporte intermodal [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/177015