[pt] Algumas características básicas das redes de sensores sem fio (RSSF) dificultam as tarefas de criação e reconfiguração de aplicações. Nesse trabalho apresentamos um modelo de programação que pretende simplificar essas tarefas. O modelo se baseia no uso conjunto de funções parametrizáveis e de máquinas de estados finitos, e permite a implementação de diferentes tipos de aplicações para redes de sensores sem fio e a configuração remota dessas aplicações. Descrevemos alguns testes para avaliar o quanto esse modelo pode facilitar o desenvolvimento de novas aplicações, o quanto é fácil aplicar novas alterações sobre as aplicaçõesem execuçãos, e o impacto na quantidade de mensagens na rede por conta do uso da configuração remota. / [en] Some basic characteristics of wireless sensor networks (WSN) make application creation and reconfiguration dificult tasks. A programming model is presented to simplify these tasks. This model is based on a set of parametrized components and on a Finite State Machine, and allows the remote configuration of different applications over the same set of installed components. We describe some tests to evaluate its impact on the development process, and the ease of applying modifications to a running application. We also measure the additional impact of remote configuration on network activity.

[pt] O trabalho tem como objetivo desenvolver uma formulação matemática para o problema de projeto de redes logísticas que seja integrado e flexível de modo a contemplar escolhas de localização de instalações, transporte, produção e estoques. O projeto de redes considera seleção de fornecedores, plantas e armazéns e de opções de transportes, com alocação de produtos para plantas de manufatura e armazéns, e ainda consideram questões de estocagem na rede logística como custos de manutenção e de obtenção de estoques. A formulação resultante é um modelo de programação não linear inteira mista, feita para um único período com a demanda estocástica. Por ser um problema NP-Difícil, para a resolução do problema proposto foi utilizado o algoritmo Outer-Approximation, que foi testando por meio do dimensionamento de três classes distintas. / [en] This thesis aims to develop a mathematical formulation to an integrated and flexible logistics network design that include choices of facility locations, transportation, production and inventories. The network designs consider vendors, plants, warehouses and transportation modes choices. The proposed model considers products assignment to plants and warehouses, inventory holding and procurement costs. The mathematical formulation of the model is a Mixer Integer Non Linear Program (MINLP) problem, referring to a single period with stochastic demand. The problem is NP-Hard and we used the Outer-Approximation algorithmic as the method to resolve the model proposed. We tested the algorithmic for three different instances (scenarios).

[pt] Sistemas de escoamento multifásico se formam ao longo de um poço de produção de petróleo. A análise do comportamento do escoamento através da coluna de produção é realizada com o apoio de ferramentas computacionais e é essencial para o projeto e operação de um sistema de produção de petróleo. Os simuladores comerciais disponíveis para esse tipo de análise exigem aquisição de licença, cujo custo é elevado, restringindo seu uso às grandes companhias petrolíferas e aos renomados institutos de pesquisa. Além disso, esses programas não permitem a visualização da metodologia utilizada para o tratamento do problema físico e para a solução numérica empregada, e nem a alteração de parâmetros internos, tornando seu uso restrito a certas classes de problemas. Apesar da grande demanda e utilidade desse tipo de software ainda há poucos trabalhos desenvolvidos nessa área. Esta pesquisa tem como objetivo apresentar o desenvolvimento de um simulador de escoamento multifásico simplificado e aberto, com aplicação na otimização da produção de óleo e gás. Dentre as aplicações do programa podemos citar a obtenção das curvas de gradiente de pressão e a otimização de gás-lift. Um estudo paramétrico foi conduzido, mostrando a influência de parâmetros como, por exemplo, o diâmetro da tubulação. Os resultados obtidos foram comparados com a literatura e são fisicamente coerentes. Sendo assim, o programa desenvolvido mostra-se promissor. / [en] Multiphase flow systems are formed along an oil production well. The analysis of the flow behavior through the production column is performed with the aid of computational tools, and is very important to the design and optimization of the oil well production operation. In general, the commercial softwares available to analyze this process are very expensive, which restrict its use to some particular companies. In addition, the methodology used to analyze the physical problem, and the numerical solution are fixed and closed, which restrict its use to certain classes of problems, since it is not possible to change or improve the numerical solution. Despite the great demand and use of this kind of software, there are few researches in this area. This research aims to present the development of a simplified multiphase flow simulator open to public, with application to the optimization of oil and gas production wells. Among the applications are the plot of pressure-distribution curves and the optimization of gas-lift. A parametric study is performed, showing the influence of some governing parameters, such as tubing diameter, in the production flow rate. The results obtained were compared with pertinent literature and are physically reasonable, showing that the software developed is promising.

[pt] A eficiência com que uma empresa é capaz de produzir seus produtos é fundamental para sua sobrevivência em mercados cada vez mais competitivos. A presente dissertação apresenta uma proposta de minimização dos custos de produção e estoques para a otimização das decisões de Planejamento e Controle de Produção. O problema consiste em analisar as compensações entre estoque de antecipação e a contratação de pessoal adicional e/ou horas extras para suprir a demanda em momentos de pico. O objetivo é avaliar os trade-offs existentes entre os custos de hora extra e de estoques para reagir em períodos de oscilação de demanda, com o objetivo de criar um modelo de apoio à decisão de gestão da produção. Um estudo de caso é apresentado para um produto de varejo do ramo farmacêutico. O caso foi modelado por programação matemática linear e programado em sistema AIMMS. A partir dos resultados encontrados, verificou-se que com a implantação do modelo foram obtidas soluções balanceadas, com a otimização dos recursos da produção, que permite a empresa planejar antecipadamente as suas operações de maneira a minimizar os investimentos em estoques e os custos de utilização de hora-extra em termo de famílias de produtos. / [en] The ability of a company to produce their products is essential for their survival in increasingly competitive markets. The present work proposes to minimize the production and inventory costs in order to optimize the production planning and control system decisions. The problem consists in understanding the benefits between anticipation inventory and employment levels and/or overtime in order to reach non-constant, time varying demand, considering fixed sale and production capacity. We create a mixed linear programming (MLP) model to support the decisions and adjustments in planning process and production management. This study applies to a specific retail product of a pharmaceutical industry and is implemented in the AIMMS modeling language. From the results, we can say that the implementation of this model is very useful and can help to find better solutions and improve the optimization of resources, which allows the company to anticipate its decisions and minimize the investments in inventories and costs of using overtime in terms of product families.

[pt] Esta tese apresenta uma nova proposta para modelagem das funções de custo futuro, utilizadas na Programação Dinâmica Estocástica (PDE). A técnica proposta é aplicada ao planejamento da operação de médio prazo de sistemas elétricos de potência. Através da discretização do espaço de estados, o algoritmo de fechos convexos (convex hull) é utilizado na obtenção de uma série de hiperplanos que compõe um conjunto convexo. Estes planos representam uma aproximação linear por partes da função de custo futuro. O custo operacional médio utilizando a metodologia proposta considerando-se um único cenário de afluências foi comparado com o custo obtido da programação dinâmica dual determinística para o mesmo cenário de afluências. Esta análise mostra a convergência das duas metodologias e é utilizada para determinar o nível mínimo de discretização necessário para modelagem das funções de custo futuro. A partir deste resultado é feita a extensão da análise para diversos cenários de afluências utilizando-se a metodologia proposta, sendo a função de custo futuro obtida através da média do custo de operação para os diversos cenários, em cada discretização. A aplicabilidade do método é mostrada utilizando um caso exemplo de duas usinas hidrelétricas reais em cascata. Adicionalmente, um estudo de caso analisa as vantagens da paralelização do código de programação, onde métricas tais como fator de aceleração e eficiência são analisadas. Por fim, é apresentada uma simulação contendo todo o sistema elétrico brasileiro, representado por reservatórios equivalentes. / [en] This thesis presents a new approach for the expected-cost-to-go functions modeling used in the stochastic dynamic programming (SDP) algorithm. The proposed technique is applied to the long-term operation planning of electrical power systems. Using state space discretization, the convex hull algorithm is used for constructing a series of hyperplanes that composes a convex set. These planes represent a piecewise linear approximation for the expected-cost-to-go functions. The mean operation costs obtained by the proposed methodology for a single water inflow scenario were compared with those from the deterministic dual dynamic programming for the same inflow scenario.This sensitivity analysis shows the convergence of both methods and is used to determine the minimum discretization level necessary to model the expected-cost-to-go functions. From the obtained result the proposed methodology is extended to the analysis of a set of water inflow scenarios, where the expected-cost-to-go function is obtained by the mean operation cost to all the considered scenario in each discretization level. The applicability of the proposed methodology for two hydro plants in a cascade is demonstrated. Additionally, a case study using code parallelization is presented aiming at gaining computational performance, where the parallelization performance, as speedup and efficiency are measured. To finish with a simulation with the whole Brazilian electrical system considering aggregated reservoir is presented.

[pt] Métodos de otimização topológica estrutural visam obter a melhor distribuição de material dentro de um dado domínio, sujeito a carga, condições de contorno e restrições de projeto, de forma a minimizar alguma medida especificada. A otimização topológica estrutural pode ser dividida em dois tipos: contínua e discreta, sendo a forma discreta o foco da pesquisa desta dissertação. O objetivo deste trabalho é a criação de um sistema para realizar todos os passos dessa otimização, visando a resolução de problemas com grandes dimensões. Para realizar esse tipo de otimização, é necessária a criação de uma malha densa de barras, esta definida como conjunto de nós cobrindo todo o domínio, conectados através de barras, além da especificação dos apoios e das forças aplicadas. Este trabalho propõe um novo método para geração da malha densa de barras, utilizando como entrada somente o contorno do domínio que se deseja otimizar, contrapondo com métodos que necessitam de um domínio já discretizado, como uma malha de poliedros. Com a malha gerada, este trabalho implementou a otimização topológica, sendo necessário resolver um problema de programação linear. Toda a parte de otimização foi realizada dentro do framework TopSim, tendo implementado o método dos pontos interiores para a resolução da programação linear. Os resultados apresentados possuem boa qualidade, tanto na geração quanto na otimização, para casos 2D e 3D, tratando casos com mais de 68 milhões de barras. / [en] Structural topology optimization methods are used to find the optimal material distribution within a given domain, subject to loading, boundary conditions and design constraints, in order to minimize some specified measure. Structural topology optimization can be divided into two types: continuum and discrete, with the discrete type being the research focus of this dissertation. The goal of this work is the creation of a system to achieve all the steps of this optimization process, aiming problems with large dimensions. In order to perform the optimization, it is necessary create a ground structure, defined as a set of nodes covering the entire domain, connected by bars, with the supports and the applied loads. This work proposes a new method for the ground structure generation, using as input only the domain boundary, in contrast with methods that require a domain already discretized, such as a polyhedron mesh. With the generated mesh, this work has implemented the topological optimization, needing to solve a linear programming problem. All the optimization part was performed within the TopSim framework, implementing the interior point method for the linear programming resolution. The results presented have good quality, both in generation and optimization, for 2D and 3D cases, considering cases with more than 68 million bars.

[pt] Novos contextos da computação distribuída reforçam a necessidade de abstra ções de programação que favoreçam a comunicação assíncrona e o tratamento de tarefas concorrentes. Modelos de programação dirigido a eventos ou baseado em threads incorporam decisões sobre como tratar essas questões, em cada caso apresentando vantagens e desvantagens. Normalmente, a opção pelo modelo mais adequado para um determinado contexto ou problema exige que o programador lide diretamente com as desvantagens inerentes a esse modelo, tornando a tarefa de desenvolvimento de aplicações mais complexa. Nesse trabalho aprofundamos a discussão sobre como combinar as vantagens dos modelos tradicionais de programação para oferecer uma interface de programação mais simples para o programador. Exploramos o uso de operações de comunicação não- bloqueante e de um mecanismo básico de gerência cooperativa de tarefas baseado na construção de co-rotinas. Usando esses conceitos implementamos: (1) um conjunto de operações que facilitam o desenvolvimento de aplicações com a estrutura cliente/servidor sobre uma base de comunicação assíncrona; e (2) uma interface de programação mais apropriada para o TinyOS, o estado da arte em sistema operacional para redes de sensores. / [en] New contexts of distributed computing emphasize the need of programming abstractions able to deal with asynchronous communication and concurrent tasks. Event-driven or threaded programming models are able to deal with these issues, but each model presents particular advantages and problems. Normally, when choosing the model more appropriate for a context or problem, the programmer must deal directly with the difficulties related to this model, making the development task more complex. In this work we discuss a way to combine the advantages of the traditional programming models in order to support a programming interface more suitable for the programmer.We explore asynchronous communication and cooperative task management based on the co-routine construction. By using these concepts, we implement: (1) a set of operations for building client/server applications upon an asynchronous communication basis; and (2) a more appropriate programming interface for TinyOS, the state of the art of operating system for sensor networks.

[pt] O objetivo deste trabalho é o de apresentar uma proposta de metodologia para a análise de estruturas pelo Método dos Elementos Finitos, utilizando-se na sua implementação as técnicas de programação orientada a objetos e computação distribuída. A utilização das técnicas de programação orientada a objetos permite a implementação de um código compacto, portável e de fácil adaptação. Para a implementação do código optou-se pela utilização da linguagem C++, que possui os recursos mais importantes da programação orientada a objetos, destacando-se a herança, o polimorfismo e a sobrecarga de operadores, e da biblioteca MPI de computação paralela. Inicialmente serão apresentados os procedimentos necessários à implementação orientada a objetos da análise de estruturas pelo método dos elementos finitos, sendo posteriormente apresentadas às alterações necessárias à inclusão das técnicas de processamento paralelo, empregando-se duas técnicas de paralelização. A grande quantidade de operações matriciais envolvidas na análise de estruturas pelo método dos elementos finitos motivou ainda o desenvolvimento de uma biblioteca de classes para a representação destas operações. Os exemplos apresentados têm a finalidade de verificar a exatidão dos resultados obtidos com o código implementado, e as vantagens de se empregar a programação orientada a objetos e a computação distribuída / [en] This work focuses on a methodology for the analysis of structures based on the Finite Element Method (FEM) using on its implementation object-oriented programming techniques, together with parallel programming. The usage of object-oriented programming techniques allows the implementation of a compact, portable and of easily adaptable source code. The implementation was carried out using C++ language, which has the main features of the object-oriented programming, such as inheritance, polymorphism and operator overloading, and the MPI library for parallel computing. The procedures taken into account on object-oriented implementations for analysis of structures using the Finite Element Method are presented, followed by the modifications needed for including parallel computing, using two strategies. Also, the large amount of matrix operations involved on the structures analysis using Finite Element Method motivated the development of a class library which represents such operations. The examples presented have the purpose of verify the accuracy of the results obtained with the code, and the advantages of the use of object-oriented programming and parallel computing.

Este trabalho a dedicado ao estudo da exploração de paralelismo OU na programação em lógica com restrições em ambientes distribuídos. A programação em lógica, cuja linguagem mais significativa 6 Prolog, tem como premissa a utilização da lógica de predicados como linguagem computacional. A programação em lógica com restrições (CLP) é uma extensão da programação em lógica, onde busca-se a eficiência e a possibilidade de executar novas classes de problemas. Variáveis em CLP podem pertencer a domínios específicos como, por exemplo, reais ou booleanos. O principal conceito introduzido é a restrição. Restrição a uma equação que representa uma certa informação sobre uma variável e a sua relação com outras variáveis. o uso de restrições foi proposto para diminuir o espaço de busca na execução dos programas. Apesar de mais eficientes que a programação em lógica clássica, para algumas aplicações reais o desempenho das linguagens CLP ainda é insatisfatório. Por isso, é necessário buscar alternativas novas como a execução em paralelo. A exploração de paralelismo implícito em programas em 1ógica já demonstrou resultados promissores. Vários modelos foram propostos e implementados utilizando as duas principais fontes de paralelismo — E e OU — de forma isolada ou combinada. O objetivo principal desse trabalho é apresentar o modelo pclp(FD) de exploração de paralelismo OU multi-sequêncial para um ambiente com memória distribuída. O modelo pclp(FD) caracteriza-se pela existência de vários trabalhadores, cada um deles possuindo uma maquina abstrata completa. O escalonamento de tarefas a realizado por uma política dinâmica e distribuída. Uma tarefa em pclp(FD) equivale a um ponto de escolha e a um contexto de execução. O contexto de execução a formado por porções da pilha do exportador. Para que o importador tenha acesso ao contexto de execução utiliza-se a cópia incremental, que a uma das varias técnicas possíveis. Cada trabalhador possui a sua própria copia privada das pilhas de execução. A cópia caracteriza-se pelo envio das pilhas de execução do exportador para uma área privada do importador. A cópia incremental é uma técnica mais otimizada que verifica a existência de partes comuns entre os trabalhadores, copiando apenas as panes novas. O algoritmo de cópia incremental proposto no modelo a feito sem nenhuma centralização de informação do estado das pilhas. O projeto e implementação de um prot6tipo para esse modelo, utilizando a linguagem clp(FD), que implementa CLP sobre domínios finitos, permitirá uma analise das vantagens e desvantagens do modelo proposto. Os resultados obtidos com a análise servirão de base para trabalhos futuros, visando aprimorar a implementação e o modelo. / This work is dedicated to the study of the exploration of OR parallelism in Constraint Logic Programming for distributed environment. Logic Programming, which the most meaningful language is Prolog, has as premise the use of the logic of predicates as computational language. Constraint Logic Programming or CLP is an extension of the logic programming, where efficiency and the possibility to execute new kinds of problems are searched. A variable in CLP can belong to specific domains as, for example, Real or Boolean. The main concept introduced is the constraint. Constraint is an equation that represents a certain information over a variable and its relation with others variables. The use of constraints was proposed to decrease search space in the program execution. Although it is more efficient than classic logic programming, for some real applications, the performance of CLP languages still is unsatisfactory. So, it is necessary to search alternatives as parallel execution. The exploration of implicit parallelism in programs in logic has already demonstrated promising results. Several models have been proposed and implemented using the two main sources of parallelism - AND and OR — in an isolated or combined form. The main objective of this work is to present the pclp(FD) model of exploration of multi-sequential OR parallelism for a distributed memory environment. The pclp(FD) model is characterized for the existence of some workers, each one of them possessing a complete abstract machine. Task scheduling is executed by one dynamic and distributed policy. A task in pclp(FD) is equivalent to a choice point and an execution context. Execution context is formed by portions of the stack of the exporter. So that importer has access to the execution context, it uses incremental copy, which is one of the several possible techniques. The copy is characterized for sending execution stacks of the exporter to a private area of the importer, that is, each worker possesses its private copy of the execution stacks. The incremental copy is a more optimized technique that verifies the existence of common parts between workers, copying only the new ones. The incremental copy algorithm proposed in the model executes without centralized information of the state of the stacks. A prototype project and implementation for this model, using the language clp(FD), that implements CLP over finite domains, will allow an analysis of advantages and disadvantages of the considered model. The results gotten with the analysis will serve of base for future works, aiming to improve the implementation and the model.

[pt] Esta tese propõe uma metodologia para obter uma solução para problemas de programação linear fuzzy. A metodologia aqui descrita apresenta um conjunto de soluções em que tanto os valores das variáveis quanto o valor ótimo para a função de custo, ou função objetivo, possuem uma faixa de valores possíveis. Assim, é possível fornecer um conjunto de soluções factíveis que atendam a diferentes cenários, além de fornecer ao tomador de decisões uma ferramenta de análise mais útil, permitindo que sejam analisadas outras soluções possíveis antes de se escolher uma solução em particular. O problema é resolvido de forma iterativa, tornando mais simples e de fácil aplicação a metodologia desenvolvida. / [en] This work proposes an approach to obtain a solution to linear fuzzy programming problems. The approach described here presents a solution set in where both the variables values and the cost function optimun value to have an associated membership function. Thus, it is possible to provided not only a feasible solution set applicable to different scenarios but also to supply the decision maker with a more powerful tool for the analysis of other possible solutions. The problem is solved in an interactive way, so that the developed is approach easily applicable and simple to handle