The main objective of this work is to propose optimization methods of the production to a medium size market foundry industry. Taking into consideration the peculiarities of the enterprise used as case study, on the contrary of many other works in this area, the present research is focused in the production programming which is based in the macharia ( it is a mold made of sand which serves to give shape to the final piece) and molding machines programming. The kilns programming do not represent a delay in the productive process which has been studied, however, their capacity is taken into consideration during the production of the optimization methods. The proposed model considers the programming of tasks in parallel machines with families set up dependent of the sequence. In order to solve the problem it is used a meta-heurística GRASP. The computing results show that it is significantly possible to improve the procedure of the production programming nowadays used in the foundry industry case study. / O presente trabalho tem por objetivo propor métodos de otimização da produção para uma fundição de mercado de médio porte. Dada as peculiaridades da empresa utilizada como estudo de caso, diferentemente de outros trabalhos nesta área, a presente pesquisa enfoca a programação da produção baseada na programação das máquinas da macharia e da moldagem. A programação dos fornos não representa gargalo no processo produtivo em estudo, no entanto, a capacidade dos mesmos é levada em conta no momento da confecção dos métodos de otimização. O modelo proposto considera a programação de tarefas em máquinas paralelas com famílias de setup dependente da seqüência. Para resolver o problema assim definido é utilizada uma meta-heurística GRASP. Os resultados computacionais demonstram que é possível melhorar significativamente o procedimento de programação da produção utilizado atualmente na fundição estudo de caso.

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O problema de balanceamento de linhas de produção e designação de trabalhadores (ALWABP, do inglês Assembly Line Worker Assignment and Balancing Problem ) é uma extensão do problema simples de balanceamento de linhas na qual os tempos de execução de tarefas são dependentes dos trabalhadores. Este problema tem sua motivação prática oriunda de linhas de produção com trabalhadores deficientes. Neste trabalho, focamos em uma extensão para o problema que permite lidar com a possibilidade de layouts de linhas com estações em paralelo. Além disso, estudamos uma segunda variante do problema que permite que os trabalhadores colaborem uns com os outros em uma mesma estação. Apresentamos formulações matemáticas para ambas as versões do problema. Adicionalmente, a partir de adaptações de métodos existentes para o ALWABP serial, desenvolvemos heurísticas construtivas para o ALWABP paralelo e ALWABP colaborativo. Testes computacionais em instâncias da literatura e uma análise detalhada dos resultados são apresentados / The assembly line and worker assignment balancing problem is an extension of the classical simple assembly line balancing problem where task execution times are workerdependent. This problem is motivated by the situation faced when balancing assembly lines with disabled workers. In this study, we focus on an extension for the problem with the goal of including the possibility of having layouts with parallel workstations. We also study a second variation for this problem that allows workers collaborating with each other. We present mathematical formulations for both problems. Moreover, constructive heuristics are developed, based on heuristic methods for the serial assembly line worker assignment and balancing problem. Computational tests on literature instances and a detailed analysis of the results are reported

Nessa dissertação apresentamos um problema de programação da produção, motivado por uma indústria alimentícia caracterizada pela perecibilidade dos produtos, sequenciamento da produção dos lotes e pela necessidade de sincronização de recursos escassos para operação das linhas de produção. Em indústrias desse ramo, existem altos custos associados a estocagem dos produtos, a fim de evitar sua perda, de modo que é essencial a boa gestão dos processos industriais e do estoque. Modelos matemáticos de programação inteira mista foram desenvolvidos para tratar o problema, bem como o estudo da inclusão de diversas restrições da literatura para o tratamento da perecibilidade. Testes computacionais foram realizados para as validações dos modelos matemáticos, entretanto, devido à dificuldade de determinar soluções de boa qualidade pelo solver de otimização, foram propostos métodos heurísticos baseados na formulação matemática. Com o objetivo de mostrar o desempenho das heurísticas, comparamos as suas performances na resolução de instâncias da literatura e exemplares baseados no cenário produtivo da indústria com os resultados do solver. / In this dissertation we present a lot sizing and scheduling problem motivated by a food industry characterized by the perishability of the products, sequencing the production of the lots and by the need of synchronization of scarce resources for the operation of the production lines. In this type of industry, there are high costs associated with stocking the products in order to avoid their loss, so that good management of industrial processes and inventory is essential. Mathematical models of mixed integer programming were developed to treat the problem, as well as the study of the inclusion of several restrictions of the literature for the treatment of perishability. Computational tests were performed for the validations of the mathematical models, however, due to the difficulty of determining solutions of good quality by the optimization solver, heuristic methods based on the mathematical formulation were proposed. In order to show the performance of the heuristics, we compare their performances in solving instances of the literature and exemplars based on the productive scenario of the industry with the results of solver.

Flexible pipes are used in the offshore oil production to transport fluid and gas from the sea bead to the floating stations, and vice versa. These pipes have several concentric layers, of different materials, geometries and structural functions, since they are exposed to adverse operating environments, subjected to high internal and external pressures, high axial stresses and a series of dynamic loads. The local analysis is an important stage of a flexible pipe design and it consists on determining the stresses and strains distributions along the layers of the pipe. Multipurpose finite element packages are commonly used in the local analysis of flexible pipes, but they possess many limitations due to its generic nature, varying from the absence of specific tools for model creation to heavy restrictions of the number of degrees-of-freedom to make computational processing feasible. At the Polytechnic School of the University of São Paulo, within a research line in progress, several finite macroelements were formulated specifically for structural analysis of flexible pipes, taking into account their particularities, such as geometric patterns and layers assemblage. However, the numerical tools that implement these elements present very high memory and processing consumptions, limiting its usage for large-scale models. Therefore, this work has been motivated by memory and processing limitations of finite element structural analysis of flexible pipes for offshore applications. In this context, the Element-by-Element method, which does not require the global stiffness matrix, was chosen for its potential in memory reduction and processing capabilities, given its scalability and ease of parallelization. After an extensive literature review on numerical methods regarding the EBE method, it was chosen the Element-by-Element Diagonal Preconditioned Conjugate Gradient Method (EBE-PCG) algorithm. Aiming higher computational performance, the finite macroelements formulated by (PROVASI, 2013) were converted to the C++ language, implemented and parallelized in a new analysis tool, named as PipeFEM. The diagonal preconditioned EBE-PCG algorithm was implemented and parallelized with OpenMP. The scalability of the PCG algorithm is directly influenced by the efficiency of the matrix-vector product, an operation that, in the element-by-element method, is computed in a local basis with the blocks that comprise the model, and that requires synchronization techniques when performed in parallel. Four different synchronization strategies were developed, being the one based on geometric- and mesh- based mappings the most efficient of them. Numerical experiments showed a reduction of almost 92% in the EBE-PCG solution time of the parallelized version in comparison to the sequential one. In order to compare the efficiency of PipeFEM with the well-established finite element package ANSYS, a simplified flexible pipe was modeled in both software. PipeFEM was approximately 82 times faster than ANSYS to solve the problem, spending 24.27 seconds against 33 minutes and 18 seconds. In addition to this, PipeFEM required much less memory, 61.8MB against 6.8GB in ANSYS. In comparison to the dense version of MacroFEM, a reduction of more than three orders of magnitude was achieved in memory consumption. Despite the low the rate of convergence presented by the diagonal preconditioner, the implementation is very efficient in computational terms. Therefore, the objectives of this work were fulfilled with the development and application of the EBE method, allowing a reduction of memory and simulation costs. / Tubos flexíveis são utilizados na produção offshore de petróleo para o transporte de fluidos e gás natural das estruturas submersas até as estações flutuantes, e vice-versa. Estes tubos possuem diversas camadas concêntricas, de diferentes materiais, geometrias e funções estruturais, pois são expostos a ambientes adversos de operação, nos quais são submetidos à elevadas pressões internas e externas, elevados carregamentos e tensões axiais, além de uma série de carregamentos dinâmicos. A análise local é uma etapa importante do dimensionamento de um tubo flexível e consiste em determinar as distribuições de tensões e deformações ao longo das camadas do tubo. Pacotes multiuso de elementos finitos são comumente utilizados na análise local de tubos flexíveis, mas, devido as suas naturezas genéricas, possuem limitações que variam desde a ausência de ferramentas específicas para a criação de modelos até restrições pesadas no número total de graus de liberdade para tornar exequível o processo computacional. Na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, dentro de uma linha de pesquisa em andamento, diversos macroelementos finitos foram formulados especificamente para a análise estrutural de tubos flexíveis, levando em consideração as suas particularidades, como por exemplo padrões de geometrias e de montagem de camadas. Entretanto, a ferramenta numérica que implementa esses elementos apresenta elevado consumo de memória e de processamento, o que limita o seu uso para modelos de grande escala. Portanto, este trabalho foi motivado por limitações de memória e processamento em análises estruturais com o método dos elementos finitos para tubos flexíveis de aplicações offshore. Neste contexto, o método elemento-a-elemento, caracterizado pela eliminação da matriz global de rigidez, foi escolhido devido ao seu potencial de redução de consumo de memória e às suas capacidades de processamento, dada a sua escalabilidade e facilidade de paralelização. Após uma extensa revisão bibliográfica em métodos numéricos a respeito do método EBE, foi escolhido a versão diagonalmente precondicionada do método do gradiente conjugado (EBE-PCG). Com o intuito de se obter maior performance computacional, os macroelementos finitos formulados por (PROVASI, 2013) foram convertidos para a linguagem C++, paralelizados e implementado em uma nova ferramenta de análise chamada de PipeFEM, totalmente escrita em C++ e que explora paralelismo em todos as etapas. O algoritmo EBE-PCG foi implementado e paralelizado com OpenMP. A escalabilidade do algoritmo PCG é diretamente influenciada pela eficiência do produto entre matriz e vetor, uma operação que no método elemento-a-elemento é calculada na base local com os blocos que compõem o modelo, o que requer técnicas de sincronização quando realizada de modo paralelo. Quatro diferentes estratégias de sincronização foram desenvolvidas, sendo a mais eficiente delas a que utilizada mapeamentos baseados em características da geometria e malha. Experimentos numéricos mostraram uma redução de quase 92% no tempo de simulação do algoritmo PCG da versão paralelizada em relação à sequencial. De modo a comparar a eficiência do PipeFEM com o pacote bem estabelecido de elementos finitos, ANSYS, um tubo simplificado foi modelado em ambos os programas. PipeFEM foi aproximadamente 82 vezes mais rápido do que o ANSYS, gastando 24.27 segundos contra 33 minutos e 18 segundos. Além disso, PipeFEM consumiu muito menos memória, 61.8MB contra 6.8GB in ANSYS. Em comparação com a versão densa do MacroFEM, uma redução superior a três ordens de grandeza no consum e de memória foi obtida. Assim, apesar da baixa taxa de convergência apresentada pelo precondicionador diagonal, a implementação está muito eficiente em termos computacionais. Portanto, os objetivos deste trabalho foram alcançados com o desenvolvimento e aplicação do método EBE, o que permitiu uma redução considerável dos custos de simulação e memória.

O modelo a fluxo de dados tem grande destaque em pesquisas em arquiteturas de alto desempenho. Neste modelo, o controle de execução é feito apenas pela disponibilidade dos dados, permitindo que seja explorado o máximo de paralelismo implícito em um programa. As propostas que serão expostas neste trabalho visam solucionar um particular problema da máquina de fluxo de dados de Manchester. Esta arquitetura para tratar código reentrante, impõe que as fichas de dados, além da indicação da instrução destino, possuam um rótulo. Estas informações extras, que formam 70% da ficha de dado, fazem com que a implantação da máquina seja complexa. Assim, o hardware impõe um sério limite a velocidade de processamento, impedindo a plena utilização do modelo. Neste trabalho, serão apresentadas propostas para a redução do número de informações necessárias para o correto funcionamento da máquina, possibilitando uma implementação mais simples e mais eficiente. / The dataflow model is specially relevant you research in high-performance architectures. In this model, the execution control is done by taking into account only the dates availability, thus allowing maximum exploitation of the paralelism implicit in programs. The present work is based on the Manchester dataflow machine, which, in to order you handle the reentran code, imposes the dates token you have, in addition you the destination instruction Field, albel. Additional This information, which corresponds you 70% of the dates token, compounds the machine implementation it substantially bounds the execution speed and prevents the full model utilization. This work presents approaches will be reducing the amount of information needed will be to proper machine operation in to order you achieve to simpler and lives effective implementation.

Neste trabalho é apresentada a arquitetura SEED, proposta a partir das experiências adquiridas com as arquiteturas baseadas no modelo a fluxo de dados que foram estudadas até o presente. A arquitetura SEED utiliza o modelo a fluxo de dados para escalonar e executar blocos de instruções, visando aproveitar a principal qualidade apresentada pelo modelo, que consiste em expor o máximo de paralelismo existente nos programas. No entanto, a arquitetura explora paralelismo de granularidade mais grossa que as arquiteturas a fluxo de dados, a fim de reduzir o trafego de fichas de dados na arquitetura. Esta redução tenta resolver ou amenizar problemas como a excessiva ocupação de memória e a grande complexidade exigida do hardware. Além da especificação da funcionalidade de toda a arquitetura SEED, este trabalho apresenta uma proposta para o particionamento do código. A utilização desta proposta permite a geração de blocos de códigos que podem ser executados corretamente pela arquitetura SEED. Alguns benchmarks foram gerados utilizando essa proposta de particionamento de código. Estes benchmarks foram executados no simulador da arquitetura SEED, visando analisar e avaliar o comportamento da arquitetura com diversas configurações de hardware. / In this work is presented the SEED architecture. This architecture was proposed considering the experiences obtained with existing architectures based on dataflow model. The SEED architecture uses dataflow model to schedule and execute sets of instructions, called code blocks. This approach tries to make use of the main quality of the dataflow model that is to expose the maximum parallelism of the programs. However, this architecture explores coarser granularity than the one usually considered in dataflow architectures in order to reduce the data token traffic in the architecture. This type of reduction tries to solve problems like excessive occupation of memory and high complexity of the hardware. Besides the specification of all units that compose the SEED architecture, this work also proposes a way of partitioning programs, creating code blocks that may be executed by SEED architecture. Some benchmarks were generated using this proposal for partitioning programs. These benchmarks were executed in the SEED architecture simulator, in order to analyze the behavior of the proposed architecture under special configurations.

A aplicação de técnicas de controle multivariáveis com o auxílio de ferramentas computacionais vem sendo bastante empregada em projetos de sistemas de controle complexos, que tem como base o conceito de variáveis de estado. Neste trabalho, visamos desenvolver um sistema de controle seguidor com realimentação de estados para um protótipo de um sistema de hélices paralelas onde a dinâmica é não linear e possui três graus de liberdade sendo dois graus de liberdade controlados. Serão utilizados dois modelos matemáticos: um modelo linear e um modelo não linear. A representação linear será utilizada para gerar as matrizes de ganho do sistema de controle. O modelo não linear é obtido através de prototipagem virtual no ambiente de desenvolvimento ADAMS®, que utiliza técnicas de modelagem de sistemas multicorpos para a obtenção das equações dinâmicas do movimento. Em seguida o modelo não linear é exportado para o ambiente de simulações em MATLAB®. A simulação é utilizada para verificar se a técnica de controle linear utilizada tem a capacidade de controlar o sistema não linear e analisar o comportamento do conjunto controlador mais a planta não linear já que está sendo feita atribuição de auto-estrutura completa. Os resultados obtidos ilustram o desempenho e a eficiência da metodologia proposta. / The application of multivariable control techniques with the aid of computing tools has been largely used in projects of complex control systems that are based on the concept of state-variables. The objective of this paper is to show the development of a tracking-system with state-feedback for a prototype of a parallel propeller system presenting nonlinear dynamics with three degrees-of-freedom but having only two controlled. Two mathematical models are used: a linear model and a nonlinear model. The linear representation is used to design the gain matrices of the linear control system. The nonlinear model is obtained through the virtual prototyping environment system ADAMS®, using modeling techniques of multi-body systems to obtain the dynamic motion equations. Then, the nonlinear model is exported to SIMULINK® (MATLAB®). The simulation is used to verify if the applied linear control techniques are able to control the nonlinear model and to analyze the system behavior (control system plus nonlinear plant). The design of the control system is done using the entire eigenstructure assignment technique. The results show the performance and the efficiency of the proposed methodology.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2017-06-27T13:53:26Z No. of bitstreams: 1 Glauber Cini_.pdf: 2121004 bytes, checksum: c1f55ddc527cdaeb7ae3c224baea727a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-27T13:53:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Glauber Cini_.pdf: 2121004 bytes, checksum: c1f55ddc527cdaeb7ae3c224baea727a (MD5) Previous issue date: 2017-03-29 / Nenhuma / O Visual Analytics consiste na combinação de métodos inteligentes e automáticos com a capacidade de percepção visual do ser humano visando a extração do conhecimento de conjuntos de dados. Esta capacidade visual é apoiada por interfaces interativas como, sendo a de maior importância para este trabalho, a visualização por Coordenadas Paralelas. Todavia, ferramentas que disponham de ambos os métodos automáticos (KDD) e visuais (Coordenadas Paralelas) de forma genérica e integrada mostra-se primordial. Deste modo, este trabalho apresenta um modelo integrado entre o processo de KDD e o de Visualização de Informação utilizando as Coordenadas Paralelas com ênfase no make sense of data, ao ampliar a possibilidade de exploração dos dados ainda na etapa de pré-processamento. Para demonstrar o funcionamento deste modelo, um plugin foi desenvolvido sobre a ferramenta WEKA. Este módulo é responsável por ampliar as possibilidades de utilização da ferramenta escolhida ao expandir suas funcionalidades a ponto de conceitua-la como uma ferramenta Visual Analytics. Junto a visualização de Coordenadas Paralelas disponibilizada, também se viabiliza a interação por permutação das dimensões (eixos), interação por seleção de amostras (brushing) e possibilidade de detalhamento das mesmas na própria visualização. / Visual Analytics is the combination of intelligent and automatic methods with the ability of human visual perception aiming to extract knowledge from data sets. This visual capability is supported by interactive interfaces, considering the most important for this work, the Parallel Coordinates visualization. However, tools that have both automatic methods (KDD) and visual (Parallel Coordinates) in a generic and integrated way is inherent. Thus, this work presents an integrated model between the KDD process and the Information Visualization using the Parallel Coordinates with emphasis on the make sense of data, by increasing the possibility of data exploration in the preprocessing stage. To demonstrate the operation of this model, a plugin was developed on the WEKA tool. This module is responsible for expanding the possibilities of chosen tool by expanding its functionality to the point of conceptualizing it as a Visual Analytics tool. In addition to the delivered visualization of Parallel Coordinate, it is also possible to interact by permutation of the dimensions (axes), interaction by selection of samples (brushing) and possibility of detailing them in the visualization itself.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-09-19T16:19:16Z No. of bitstreams: 1 Richard Mateus Altmayer_.pdf: 11624194 bytes, checksum: 033148b21ac20bc09f084ae426e1e45f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-19T16:19:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Richard Mateus Altmayer_.pdf: 11624194 bytes, checksum: 033148b21ac20bc09f084ae426e1e45f (MD5) Previous issue date: 2018-04-12 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A utilização de informações sobre comportamento de navegação de usuários na web tem sido amplamente utilizada para traçar perfis comportamentais de usuários com o intuito de oferecer anúncios publicitários por segmentos ou categorias. Nesta mesma linha, hábitos de comportamento baseado em locais que um indivíduo frequenta no seu cotidiano também podem ser analisados. Este trabalho propõe um modelo de agrupamento de indivíduos de uma população para posterior análise de seus hábitos de frequência a locais (GeoSocial). Os padrões de frequência dos grupos formados representam características de comportamento da população e podem ajudar a identificar oportunidades mercadológicas ou auxiliar aos tomadores de decisão ligados ao governo proporem determinadas melhorias/mudanças na infra-estrutura de uma determinada cidade. As informações dos locais de interesse frequentados pelos usuários são capturadas por coordenadas GPS via aplicativo móvel desenvolvido. O aplicativo rastreia e armazena as localidades que o indivíduo frequenta, permite visualizar o seu tempo e locais de permanência e pode conectá-lo à uma rede social formada a partir das similaridades entre seus hábitos e de outros indivíduos. O modelo proposto engloba: i. um módulo de clusterização de usuários que utiliza a técnica Affinity Propagation; ii. um módulo de visualização interativa para análise dos grupos por meio da técnica de Coordenadas Paralelas. O GeoSocial é avaliado mediante a utilização de diferentes cenários, fazendo uso de dados artificiais gerados. A avaliação evidencia o potencial de adaptação do modelo à diferentes objetivos de análise. / Information about user navigation behavior on the web has been widely used to draw user behavioral profiles in order to offer advertisements segmented by categories. In this same line, behavior habits based on places that an individual attends in their daily life can also be analyzed. This paper proposes a clustering model of individuals for further analysis of their habits of frequency in places (GeoSocial). Patterns of the formed groups represent characteristics of population’s behavior and can help to identify market opportunities or to help decision makers linked to government to propose improvements/changes in the infrastructure of a city. Users information about their frequented interest places are captured by GPS coordinates by a mobile app developed. App tracks and storages places that are frequent individuals. It allows visualize their time permanency on places and connect they to a social network formed from the similarities between their habits and the others. The proposed model includes: i. a user clustering module based on Affinity Propagation technique; ii. an interactive visualization module to analyze individual data correlation of groups based on Parallel Coordinates technique. GeoSocial is evaluated by different scenarios, making use of artificial data generated. Evaluation indicates the possibility of the model to a multitude of objectives.