Orientador : Prof. Dr. Cassius Tadeu Scarpin / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 10/02/2017 / Inclui referências : f.86-94 / Resumo: Nesse trabalho, aplicou-se uma estratégia baseada na heurística relax-and-fix como método de solução para o Problema de Roteamento em Arcos Capacitado e Periódico (Periodic Capacitated Arc Routing Problem - PCARP). Considerou-se o caso especial em que os veículos não têm a necessidade de voltar ao depósito no final de um período e, ainda, têm a possibilidade de folgar em qualquer dia do horizonte de tempo. O PCARP é um problema pouco explorado na literatura. Configura-se como um problema NP-hard, sendo comumente aplicado em coleta de resíduos urbano, inspeção de linhas de força, despejo de sal em vias com neve, monitoramento de rodovias, inspeção de ferrovias, irrigação de árvores entre outros. Desenvolveu-se 5 estratégias diferentes para heurística relax-and-fix e uma variação denominada enhanced relax-and-fix avaliando-se seus desempenhos. Os testes computacionais realizados indicaram que as estratégias propostas para heurística são rápidas na determinação de soluções iniciais para o problema estudado. Destaca-se que das 23 instâncias testadas em nenhum caso se esgotou a memória do computador, fato que ocorre com frequência na tentativa de resolver o problema por métodos exatos. Palavras-chave: Relax-and-Fix. Problema de Roteamento em Arcos Capacitado e Periódico. Heuristica. Relaxation Induced Neighborhood Search. / Abstract: On this research it was applied a strategic solution approach based on the heuristic relax-and-fix for the Periodic Capacitated Arc Routing Problem (PCARP). A special case was considered on which the vehicles do not need to return to a depot when finishing the route. In addition there is the possibility of some vehicles that do not work in any day during the time horizon. The PCARP is not so explored in the literature. It is a NP-Hard Problem, usually applied in urban waste collection, inspection of power lines, winter gritting, road monitoring, inspection of railroads and watering trees. To tackle the problem, it was developed five different strategies for the relax-and-fix heuristic and one variation named enhanced relax-and-fix. All these approaches had their performance evaluate and the computational results show that they are fast to find initial solutions. It is important to highlight that the solver, while running, did not stop by running out of memory, this fact frequently occurs when solving this problem by exact methods. Key-words: Relax-and-Fix. Periodic Capacitated Arc Routing Problem. Heuristic. Relaxation Induced Neighborhood Search.

Resumo: Problemas de otimização multiobjetivo (MOPs) sao problemas que possuem mais de uma função objetivo a ser minimizada ou maximizada. Entre as abordagens mais utilizadas atualmente para resolve-los destaca-se o uso de metaheurísticas populacionais. Esta popularidade se deve principalmente à natureza destas de lidar simultaneamente com diversas soluções (populacao) em uma única execucao. Um algoritmo muito utilizado para lidar com MOPs e chamado otimizacao por nuvem de partículas multiobjetivo (MOPSO), esta e uma abordagem derivada da otimizaçao por nuvem de partículas (PSO), que e uma metaheurística inspirada no comportamento de conjuntos de aves. Devido ao bom desempenho apresentado pelos MOPSOs ao resolver MOPs, esta abordagem vem sendo estendida para a resolucao de problemas de otimizaçao com muitos objetivos (MaOPs). Estes problemas sao caracterizados por apresentarem mais de tres funçoes objetivo e uma alta complexidade causada principalmente porque a proporçao de soluções não dominadas em uma populacao aumenta rapidamente com o número de objetivos, o que diminui a pressao de selecõo em direçao a fronteira de Pareto. Alem disso, o numero de pontos necessúrios para representar a fronteira aumenta exponencialmente de acordo com o numero de objetivos dificultando a obtençao de solucoes diversas o suficiente para cobri-la totalmente. Este trabalho apresenta algumas tecnicas aplicadas para melhorar o desempenho do MOPSO ao resolver MaOPs e tornú-lo menos sensível ao aumento no número de objetivos. Primeiramente estudaram-se duas tecnicas de controle da úrea de dominância das solucoes para aumentar a pressao de seleçõo, normalmente reduzida pelo aumento no numero de objetivos. Outra tecnica estudada foi a alteracao do metodo de selecao de líderes do MOPSO com a realizaçao de um estudo empírico usando seis metodos e os melhores foram destacados. Foi estudada tambem a influencia sofrida por esses metodos devido a alteracao na técnica de controle da área de dominância, e as melhores combinações foram identificadas através de estudos empíricos. Por último um novo MOPSO e proposto usando o conceito de pontos de referencia distribuindo melhor as soluções obtidas e com isso melhorando a convergencia a fronteira real. Estudos empíricos tambem foram realizados para comparar a nova abordagem a abordagem classica. A partir dos trabalhos realizados aqui tres artigos foram publicados, sendo o primeiro um estudo sobre os metodos de selecao de líderes, o segundo propondo um novo MOPSO que usa uma tecnica de controle da area de dominancia, e o terceiro que avalia a influencia das tecnicas de controle da area de dominância no desempenho dos metodos de selecõo de líder e identifica as melhores combinacoes entre tecnica de controle da area de dominância e metodo de seleçao de líder. Em geral todos os estudos realizados apresentaram melhorias de desempenho em relacao ao algoritmo original utilizado, especialmente no contexto de muitos objetivos.

Resumo: O problema da geração de padrões de corte bidimensionais é um importante problema de otimização combinatória, e tem forte representatividade em diversos setores da indústria, como por exemplo os setores moveleiro, têxtil, de produção de vidro e papel. Tal problema pode ser formulado como um Problema da Mochila Bidimensional, cujo objetivo consiste em encontrar o melhor arranjo de itens a ser cortado a partir de um objeto, a fim de que sejam minimizadas as sobras e conseqüentemente o custo com material. Considera-se neste estudo que o corte seja regular, portanto trata-se de itens e objetos retangulares. Este trabalho apresenta uma estratégia de resolução para a geração de padrões de corte bidimensionais com corte do tipo guilhotinado, no qual o mesmo se estende de um lado ao outro do objeto. Foram considerados dois diferentes tipos de padrões de corte: padrões não-estagiados e padrões em dois estágios, e trabalhou-se ainda com a possibilidade de rotação dos itens, caracterizando ao todo quatro abordagens para a resolução do problema. A metodologia proposta subdivide-se em duas etapas: primeiramente utilizam-se Algoritmos Genéticos para a seleção e agrupamento dos itens em subconjuntos, e então aplica-se uma técnica de encaixe para criar o arranjo geométrico dos mesmos, sendo que o corte não-estagiado possui uma técnica de encaixe baseada no algoritmo construtivo de Wang (1982), enquanto no corte em dois estágios utiliza-se uma heurística de encaixe seqüencial dos itens. O método proposto foi testado sobre instâncias da literatura, para quatro abordagens distintas, que são: corte não-estagiado sem rotação de itens, corte não-estagiado com rotação de itens, corte em dois estágios sem rotação de itens, e corte em dois estágios com rotação de itens; e os resultados obtidos foram comparados com as soluções ótimas conhecidas. Tais resultados foram satisfatórios, pois o método gerou padrões de corte com um aproveitamento médio do objeto entre 90 e 95%, num tempo computacional reduzido e praticamente instantâneo para algumas instâncias testadas.

Resumo: A técnica de radioterapia tem sido uma das principais alternativas para o tratamento de diversos tipos de câncer na atualidade. Com o desenvolvimento tecnológico, principalmente tratando-se da radioterapia conformacional 3D, diversos cenários antes contraindicados, hoje são aceitáveis e recomendados. Um tratamento considerado adequado é aquele que permite com que a dose prescrita pelo médico chegue ao tumor de maneira que afete o mínimo possível os tecidos nobres e saudáveis. Desta forma, na fase do planejamento da radioterapia, problemas de otimização multiobjetivo aparecem. Este trabalho apresenta um modelo de programação multiobjetivo para o problema da intensidade de dose, que foi resolvido por método exato por meio do software MATLAB R2009b, utilizando a metodologia da função ponderada. Duas situações foram desenvolvidas, uma figurativa com efeito de melhor compreensão da metodologia utilizada, e outra utilizando dados reais, contando com apoio do Hospital Erasto Gaertner, Curitiba-PR. As fronteiras de Pareto, mostraram a importância do especialista decisor, que deve escolher entre uma dose mais próxima da prescrita, mesmo prejudicando os tecidos nobres e saudáveis, ou então proteger ao máximo os tecidos nobres e saudáveis, relaxando a dose necessária para destruir o tumor. Além disso, para comparação, foram realizados testes considerando a heterogeneidade dos tecidos irradiados e sem considerá-los, mostrando que pode existir uma diferença grande entre a dose emitida dependendo do tipo de tecido da região atingida por radiação.U

Resumo: Regras de operação de reservatórios são importantes para a gestão de recursos hídricos. Várias técnicas de otimização têm sido aplicadas para obter métodos efecientes de operação de reservatórios, entretanto, um método eficiente ainda se faz necessário devido a complexidade de um sistema de reservatórios, especialmente os de pequenas dimensões. Neste trabalho, um método de otimização melhorado, baseado em Enxame de Partículas, é apresentado. As melhorias envolvem o uso de um algoritmo que única os dois esquemas do algoritmo de Enxame de Partículas em um único, sem comprometer o desempenho computacional. É adotada a combinação do coeficiente de constrição ao coeficiente de inércia para o controle da velocidade das partículas. Uma nova abordagem da variação da inércia _e utilizada para melhorar o desempenho do algoritmo. O algoritmo proposto _e aplicado ao problema de otimização diária do planejamento de geração de pequenas centrais hidrelétricas, através de um modelo simplificado de otimização, que utiliza penalização da função objetivo para lidar com as restrições não lineares do problema. Esta abordagem mostrou boa performance e obteve resultados promissores, quando comparada ao algoritmo de Enxame de Partículas padrão e a outras técnicas heurísticas, como o Recozimento Simulado, por exemplo.

Made available in DSpace on 2015-09-17T15:25:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-20. Added 1 bitstream(s) on 2015-09-17T15:49:07Z : No. of bitstreams: 1 000843912.pdf: 291572 bytes, checksum: 27c827309dfe8eb316bd49fc6997d34e (MD5) / Neste trabalho consideramos o problema de controle otimo com restrições de contorno funcionais. O propósito deste trabalho e propor condições de otimalidade para problemas com condições de contorno funcionais envolvendo funções continuamente diferenci aveis, considerando a classe dos problemas de controle otimo MP - pseudo - invexos. Nossos resultados mostram que a MP - pseudo - invexidade e uma condição suficiente de otimalidade para tais problemas / In this work we consider the optimal control problem with functional boundary cons- traints. The purpose of this work is to propose optimality conditions for problems with functional boundary conditions involving continuously differentiable functions, considering the class of MP-pseudoinvex optimal control problems. Our results show that MP-pseudo- invexity is a sufficient condition of optimality for such problems

No cenário atual, onde a globalização, aliada a um maior nível de exigência por parte do cliente, impõem às empresas um maior empenho por competitividade, a agdidade no desenvolvimento e otimização de produtos torna-se crucial para a sobrevivência das mesmas no mercado. Neste contexto, procurou-se compilar várias técnicas utilizadas em E n g e h dd Qd& em um método integrado para a Ot+o Expmmid de MWtwa. Essas técnicas fornecem resultados muito mais rápidos e econômicos do que a tradicional prática de variar um componente de cada vez na mistura, devido ao menor número de ensaios necessários. Entretanto, apesar de não serem tão recentes, as ferramentas aplicáveis à otimização de misturas não têm sido utilizadas pelo seu maior beneficiário (a indústria), provavelmente por falta de divulgação de sua existência, ou, principalmente, devido à complexidade dos cálculos envolvidos. Dessa forma, além do método proposto, desenvolveu-se também um software ue implementa todos os passos sugeridos, com o intuito de facilitar ainda mais a aplicação dos mesmos por pessoas não especializadas em técnicas estatísticas. Através do software (OptiMix), o método foi testado em uma situação real e em um estudo comparativo com um relato da literatura, a fim de testar sua validade, necessidade de adaptações e consistência dos resultados. A avaliaçio dos estudos de caso demonstrou que o método proposto fornece resultados coerentes com os de outras técnicas alternativas, com a vantagem de o usuário não precisar realizar cálculos, evitando assim, erros e agilizando o processo de otimização. / Nowadays, the advent of globalization, allied to the increasing exigency level of the customers, have been imposing to the industry constant efforts for competitiveness and fast development and optimization of products and processes. These matters have became crucial for the company survival in the market. In this context, we have tried to compile several techniques comprised in the Quality Engineering in an integrated method for the Experimental Optimization of Mixtures. These techniques give results in a faster and less expensive way than the traditional practise of varying only one component in the mixture at a time (due to the smaller number of trials necessary). Altough these tools aren’t so recent, they haven’t been utilized for the optimization of formulations by the industry, probably due to the lack of information about it or, mainly, because of the complex calculations it involves. Therefore we decided to develop, besides the theoretical method, a software which implements the calculations inherent to the suggested steps, so that it becomes easier for people who are not specialized in statistical techniques to apply them. By using the software (called OptiMix), we have tested the proposed method in two cases: in a real problem and in a comparative study with a report found in the literature. The two studies intended to verify the validity of the method as well as the necessary adaptations on it and the consistency of its results. The studies carried out have demonstrated that the proposed model gives results in agreement with other techniques utilized by specialists. Besides, it has the advantage of avoiding as much as possible the need for calculations made by the final usuary, so that the optimization process becomes safer, easier and faster.

Esta dissertação apresenta a Modelagem Estocástica de Sistemas Hierárquicos de Estoques (SHEs) como um instrumento de uso gerencial, orientado para a maximização do nível de serviço oferecido aos consumidores finais e a minimização do nível global de estoques em uma cadeia de abastecimento. Tal modelagem envolve otimização de sistemas não-lineares com integrais indefinidas, normalmente tratados através de simulação, dada a impossibilidade de estabelecer uma solução analítica para o problema. Neste trabalho, diferentemente, a solução é obtida através da otimização do sistema, a partir de uma modelagem que estabelece os níveis de estoque-alvo, os pontos de reposição de estoques, os níveis de serviço oferecidos aos consumidores finais e o nível ótimo global de estoques. A sua operacionalização utiliza um aplicativo computacional, projetado e desenvolvido especificamente para este fim. Estruturas hierárquicas, quando otimizadas localmente, em cada um de seus níveis, podem apresentar resultados subótimos em nível global. Assim, não é suficiente identificar os ótimos locais para compor uma solução otimizadora para o sistema. Para resolver esse problema, a maior parte dos pesquisadores utiliza simulação. A qualidade das soluções assim obtidas geralmente é inferior à qualidade da solução obtida mediante otimização global do sistema A presente modelagem tem como objetivo gerar soluções mais qualificadas para o problema da otimização de SHEs. Nesta dissertação, as principais abordagens para otimização de SHEs são apresentadas e analisadas, com destaque para o trabalho de Rosenbaum (1981), cujos resultados, obtidos através de simulação, são comparados com os resultados deste trabalho.

O objetivo deste trabalho é a obtenção de uma técnica para a modelagem otimizada de corpos submetidos a fluxos de alta velocidade, como aerofólios em escoamentos transônicos e outras geometrias aerodinâmicas. A técnica é desenvolvida através de expansões em séries de Fourier para um conjunto de equações diferenciais com interrelação com as condições de contorno, sendo uma equação para a parte superior e outra para a parte inferior do aerofólio. O método de integração temporal empregado baseia-se no esquema explícito de Runge-Kutta de 5 estágios para as equações da quantidade de movimento e na relação de estado para a pressão. Para a aproximação espacial adota-se um esquema em volumes finitos no arranjo co-localizado em diferenças centrais. Utiliza-se dissipação artificial para amortecer as frequências de alta ordem do erro na solução das equações linearizadas. A obra apresenta a solução de escoamentos bi e tridimensionais de fluidos compressíveis transônicos em torno de perfis aerodinâmicos. Os testes num´ericos são realizados para as geometrias do NACA 0012 e 0009 e asas tridimensionais usando as equações de Euler, para número de Mach igual a 0.8 e ® = 0o. Os resultados encontrados comparam favoravelmente com os dados experimentais e numéricos disponíveis na literatura.

Neste trabalho, foi realizado um estudo de óleos refrigerantes emulsionados utilizados em máquinas de usinagem da indústria metal-mecânica, com o objetivo de minimizar os gastos com reposição de óleo e o volume de resíduos contaminados pelo mesmo. Foram constatados três problemas principais na utilização do óleo refrigerante emulsionado em estudo: a presença de bactérias degradantes do óleo, a reposição da emulsão de maneira indevida e o arraste de óleo pelos cavacos e limalhas provenientes da própria usinagem. Como solução para estes três problemas principais, foi projetado um equipamento de controle e automação. Este protótipo é composto por três partes essenciais: tratamento bacteriológico prévio da água usada para emulsão do óleo, passagem da água de reposição através dos cavacos e limalhas e controle da concentração do óleo na emulsão. O protótipo foi instalado em um máquina de usinagem da Empresa AGCO do Brasil, sede Canoas e os resultados obtidos foram surpreendentes quanto às grandes possibilidades de minimização dos gastos com óleo refrigerante e do volume de resíduos contaminados por óleos.