Análise do Desempenho de Técnicas de Otimização no Problema de Escalonamento

A optimização nas aplicações modernas assume um carácter fortemente interdisciplinar, relacionando-se com a necessidade de integração de diferentes técnicas e paradigmas na resolução de problemas reais complexos. O problema do escalonamento é recorrente no planeamento da produção. Sempre que uma ordem de fabrico é lançada, é necessário determinar que recursos serão utilizados e em que sequência as atividades serão executadas, para otimizar uma dada medida de desempenho. Embora ainda existam empresas a abordar o problema do escalonamento através de simples heurísticas, a proposta de sistemas de escalonamento tem-se evidenciado na literatura. Pretende-se nesta dissertação, a realização da análise de desempenho de Técnicas de Optimização, nomeadamente as meta-heurísticas, na resolução de problemas de optimização complexos – escalonamento de tarefas, particularmente no problema de minimização dos atrasos ponderados, 1||ΣwjTj. Assim sendo, foi desenvolvido um protótipo que serviu de suporte ao estudo computacional, com vista à avaliação do desempenho do Simulated Annealing (SA) e o Discrete Artificial Bee Colony (DABC). A resolução eficiente de um problema requer, em geral, a aplicação de diferentes métodos, e a afinação dos respetivos parâmetros. A afinação dos parâmetros pode permitir uma maior flexibilidade e robustez mas requer uma inicialização cuidadosa. Os parâmetros podem ter uma grande influência na eficiência e eficácia da pesquisa. A sua definição deve resultar de um cuidadoso esforço experimental no sentido da respectiva especificação. Foi usado, no âmbito deste trabalho de mestrado, para suportar a fase de parametrização das meta-heurísticas em análise, o planeamento de experiências de Taguchi. Da análise dos resultados, foi possível concluir que existem vantagem estatisticamente significativa no desempenho do DABC, mas quando analisada a eficiência é possível concluir que há vantagem do SA, que necessita de menos tempo computacional.

Afetação de recursos em sistemas de produção

O problema do escalonamento, por ser um dos factores fundamentais na tomada de decisão para uma boa gestão das operações, tem sido alvo de um amplo estudo, tanto na sua componente teórica como na sua componente prática. A importância de um escalonamento correto das operações é preponderante, quando as pequenas diferenças, em termos de tempos de produção, podem ter um grande impacto na competitividade da organização. Em muitas unidades produtivas, existem máquinas capazes de realizar as mesmas operações com diferentes desempenhos. Isto pode dever-se à necessidade de flexibilizar os recursos ou mesmo a uma atualização da capacidade produtiva. Embora os problemas de máquinas diferentes em paralelo tenham sido alvo de um vasto estudo, muitos deles não são passíveis de ser resolvidos através de métodos exatos. O problema de minimização do makespan (Rm||Cmax), é NP-hard, sendo habitualmente abordado através de heurísticas. Entre as heurísticas utilizadas em problemas de minimização do makespan em máquinas diferentes em paralelo, é possível identificar duas filosofias de afectação: a que utiliza os tempos de processamento para alocar as tarefas e a que utiliza as datas de conclusão. Nesta dissertação, pretende-se dar uma contribuição para a resolução do problema de afectação de recursos em sistemas de produção. Para tal, foram propostas as heurísticas OMTC 3 e Suffrage One. A contribuição consiste na proposta de versões híbridas e modificadas das heurística MCT e Suffrage, uma vez identificadas várias características que podem limitar o seu desempenho, como o facto da heurística MCT alocar as tarefas numa ordem aleatória ou a heurística Suffrage alocar mais que uma tarefa por iteração. Finalmente, procedeu-se à realização de testes computacionais, para avaliar o desempenho das heurísticas propostas. Os testes realizados permitiram concluir que a heurística OMTC 3 apresentou um melhor desempenho que a heurística MCT.

Impacto da cogeração na minimização dos custos de energia elétrica

A promoção da cogeração foi um claro sinal de reconhecimento das vantagens deste sistema por parte da União Europeia. Face às preocupações de aprovisionamento energético e escassez de energia primária na Europa, foi promovida a cogeração, mediante a concessão de benefícios a nível do preço de venda da energia elétrica e de vários prémios. Contudo, estes incentivos não deixam de ter um impacto negativo no sistema, se se tiver em linha de conta que estes provocam um aumento do preço da energia elétrica para os clientes finais. Este foi o problema escolhido como objeto de estudo desta dissertação e que veio permitir concluir que, apesar de agora se pagar na fatura mensal (cliente em BTN) um valor adicional em cerca de 1€ devido à existência da cogeração, isto será benéfico futuramente, caso a política do estado Português mantenha estes apoios aos agentes da cogeração. No âmbito do regime remuneratório para a produção em cogeração, foi criada a ferramenta em Excel para simular o comportamento dos sistemas, tendo em conta as necessidades energéticas e muitas outras características. A principal função da ferramenta é a possibilidade de estimar a remuneração de uma unidade de cogeração em função da tecnologia utilizada e para diferentes condições de funcionamento.

Problema de atribuição de vigilâncias de exames a docentes

O presente trabalho foi realizado com o intuito de resolver o problema de alocação de vigilantes a exames do Instituto Superior de Engenharia do Porto, no departamento de Engenharia Mecânica. O modelo apresentado faz a atribuição das vigilâncias de uma forma hierárquica, utilizando vários critérios, desde a regência da unidade curricular até à simples vigilância. Devido ao facto de estar implementado informaticamente, apresenta reduzidos tempos na formulação e obtenção de uma solução, o que o torna uma boa ferramenta para a criação de cenários alternativos. Em suma, o modelo proposto neste trabalho apresenta soluções de melhor qualidade, em que a distribuição de afetações é proporcional entre os docentes, e o seu tempo de obtenção é muito reduzido em comparação com a alternativa atual.

Implementação ferramenta LEAN – TPM - serrote mecânico alternativo

Presentemente, com a economia cada vez mais globalizada e com a grande competitividade do mercado, as empresas de produção procuram cada vez mais ajustar-se às exigências dos clientes. Por esse motivo, o controlo do fluxo produtivo torna-se imprescindível para a resolução de problemas e para a própria melhoria contínua do processo. O sistema “Lean Manufacturing”, é um conjunto de atividades que tem como meta o aumento da capacidade de resposta às mudanças e à minimização dos desperdícios na produção, constituindo-se num verdadeiro empreendimento de gestão inovadora. O TPM – Total Productive Maintenance, é uma ferramenta de melhoria continua cada vez mais utilizada nas empresas com o objetivo de melhorar a eficiência dos seus equipamentos e atingir metas para a redução de desperdícios, incluindo a restauração e manutenção de condições padrão de funcionamento. O presente trabalho visa a implementação da ferramenta TPM num equipamento (Serrote Mecânico Alternativo) instalado no Laboratório das Oficinas Mecânicas do Instituto Superior de Engenharia do Porto. No contexto prático, este trabalho consistiu numa primeira fase por implementar a ferramenta 5S´s no posto de trabalho do equipamento em estudo. Durante esta implementação foi possível detetar algumas anomalias no equipamento, tendo sido sujeitas a uma análise para encontrar as suas causas raiz. Posteriormente foi implementada a ferramenta TPM, de modo, a criar melhores condições de acesso e simplificação das atividades de inspeção, lubrificação e limpeza. Além disso, foi executado e proposto algumas oportunidades de melhoria em alguns elementos, de forma a reduzir tempos de operação e tempos de setup, contribuindo para o aumento da eficiência do equipamento.

Smart Metering Como Ferramenta de Eficiência Energética

As smart grids e os smart meters, ou redes inteligentes e medidores inteligentes, respectivamente, estão cada vez mais próximos dos consumidores residenciais pelo mundo. Vários países vêm desenvolvendo estudos focados nos impactos decorrentes da introdução destas tecnologias. Uma das principais vantagens está relacionada à eficiência energética, ou conscientização da população em prol de um consumo mais eficiente. Estes benefícios são sentidos diretamente pelo consumidor através da economia nas contas de energia elétrica e pelas concessionárias através da minimização das perdas de transmissão e distribuição, estabilidade do sistema, menor carregamento nos horários de pico, entre outros. Neste artigo são apresentados dois projetos que demonstram o potencial de economia de energia através dos medidores inteligentes e das redes inteligentes. O primeiro realizado na Coreia, com foco na instalação de smart meters e o impacto da utilização de interfaces com o usuário. O segundo realizado em Portugal, com foco no controle das cargas em uma residência com geração distribuída.

Planeamento de redes de distribuição de energia

O planeamento de redes de distribuição tem como objetivo assegurar a existência de capacidade nas redes para a fornecimento de energia elétrica com bons níveis de qualidade de serviço tendo em conta os fatores económicos associados. No âmbito do trabalho apresentado na presente dissertação, foi elaborado um modelo de planeamento que determina a configuração de rede resultante da minimização de custos associados a: 1) perdas por efeito de joule; 2) investimento em novos componentes; 3) energia não entregue. A incerteza associada ao valor do consumo de cada carga é modelada através de lógica difusa. O problema de otimização definido é resolvido pelo método de decomposição de benders que contempla dois trânsitos de potências ótimos (modelo DC e modelo AC) no problema mestre e escravo respectivamente para validação de restrições. Foram também definidos critérios de paragem do método de decomposição de benders. O modelo proposto classifica-se como programação não linear inteira mista e foi implementado na ferramenta de otimização General Algebraic Modeling System (GAMS). O modelo desenvolvido tem em conta todos componentes das redes para a otimização do planeamento, conforme podemos analisar nos casos de estudo implementados. Cada caso de estudo é definido pela variação da importância que cada uma das variáveis do problema toma, tendo em vista cobrir de alguma todos os cenários de operação expetáveis. Através destes casos de estudo verifica-se as várias configurações que a rede pode tomar, tendo em conta as importâncias atribuídas a cada uma das variáveis, bem como os respetivos custos associados a cada solução. Este trabalho oferece um considerável contributo no âmbito do planeamento de redes de distribuição, pois comporta diferentes variáveis para a execução do mesmo. É também um modelo bastante robusto não perdendo o ‘norte’ no encontro de solução para redes de grande dimensão, com maior número de componentes.

Resolução do problema de atribuição de salas a exames

Este trabalho pretende resolver o problema das alocações de salas a exames no Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto Superior de Engenharia do Porto. A solução desenvolvida atribui salas a exames respeitando as restrições de capacidade de salas e a restrição de realização dum único exame por sala num determinado período, por forma a minimizar a atribuição de salas e, consequentemente, docentes a exames. Foi criado um modelo matemático, que representa as variáveis relevantes do problema, e realiza a sua implementação numa plataforma informática amigável para o utilizador. O modelo matemático foi validado comparando as suas soluções com as obtidas através do processo manual. Os resultados do novo método demonstram a sua supremacia relativamente ao modelo atual. No futuro, poderá ser estudada a possibilidade de usar esta ferramenta na resolução do mesmo problema em realidades diferentes da do Departamento de Engenharia Mecânica do ISEP.

Desenvolvimento de sequenciador para um Problema de Roteamento de Veículos

Este projecto tem como objectivo a optimização das rotas dos técnicos de serviço após venda da Schmitt+Sohn Elevadores, associadas à realização das manutenções preventivas a cada elemento contratado à empresa (elevadores, escadas rolantes, etc). Como tal, é necessário fazer uma distribuição dos equipamentos que se encontram em carteira, por um dos técnicos que assegura a manutenção, pelos vários dias úteis de cada mês, e pelas horas de trabalho de cada dia. Apesar do técnico ter disponíveis, por dia, 8h de trabalho, apenas 6h podem ser preenchidas com manutenções preventivas. As 2h restantes são essencialmente para possíveis manutenções correctivas para as quais o técnico seja solicitado. Caso o técnico não seja contactado para resolver nenhuma avaria, essas horas podem ser utilizadas pelo mesmo para adiantar trabalho do dia seguinte, isto é, visitar já alguns dos próximos pontos de manutenção preventiva do dia seguinte, ou para compensar trabalho que esteja atrasado. De salientar que, para cada dia, as deslocações do técnico de qualquer local ao primeiro ponto de uma rota ou de regresso do último ponto de uma rota não são contabilizadas. O trabalho desenvolvido nesta dissertação pretende dar resposta ao problema apresentado pela Schmitt+Sohn Elevadores. Para isso foi desenvolvida uma heurística para a optimização das rotas dos técnicos. Esta é baseada no conceito de “vizinho mais próximo” que procura sempre o ponto que se apresenta mais perto do último ponto que foi adicionado à rota. Com base nesta metodologia, nos processos de escolha dos pontos que formam clusters, e na selecção dos pontos iniciais de cada uma das rotas diárias, a ferramenta de optimização resultante define as rotas diárias para que o percurso efectuado por cada técnico num mês seja o menor possível. São feitas alterações às rotas definidas inicialmente quando encontrados pontos de uma mesma entrada a serem visitados em dias diferentes. Isto obrigaria o técnico a fazer duas viagens ao mesmo local. Por fim, o resultado é apresentado num documento Word a ser utilizado pelo técnico como guia diário das suas deslocações aos equipamentos que necessitam de verificações periódicas. Os resultados obtidos foram comparados com as rotas que estavam a ser usadas pela empresa, tendo apresentado resultados de melhor qualidade, constatando-se a eficiência da solução criada pelo algoritmo proposto neste trabalho.

Optimização energética dos fornos de uma indústria do sector cerâmico

Mestrado em Engenharia Química

Desenvolvimento de uma ferramenta colaborativa na área da gestão da informação/conhecimento para aplicação numa unidade de cuidados na comunidade

O presente projeto surgiu da necessidade de um instrumento de trabalho na área da gestão da informação / conhecimento a aplicar na Unidade de Cuidados na Comunidade dos Carvalhos (UCCC) que, pela sua estrutura de trabalho por projeto, abrange diversos grupos de utilizadores com perfis e necessidades específicas. Rapidamente assumiu maior dimensão, pois ao seu ponto de partida se conjugaram as oportunidades de utilização das tecnologias de informação na área da saúde, a divulgação da Unidade assim como a divulgação de informação sobre saúde e a interação com os utilizadores. O processo implicou a aplicação das metodologias de Investigação Ação e de Gestão de Projetos, resultando na criação e publicação de um espaço Web. Com o Content Management System (CMS) Joomla foi construído o Site UCC Carvalhos, que faculta simultaneamente informação sobre saúde, oportunidade de aconselhamento especializado e personalizado e permite a organização da documentação interna da Unidade referida. Nesta fase de início de vida do site estabeleceu-se como temáticas prioritárias a desenvolver a informação sobre a UCCC e o seu funcionamento assim como o projeto “Companhia das Barriguinhas”, mais concretamente a Preparação para o Parto e Parentalidade. O desenvolvimento deste projeto superou as expectativas de todos os elementos envolvidos, pois para além de permitir obter resposta às necessidades identificadas, permitiu também experimentar as metodologias referidas de forma integrada e aprofundar temáticas como a gestão da informação e conhecimento, o papel das tecnologias de informação e comunicação na Saúde e o papel do cidadão na utilização das mesmas no sentido de uma autonomia responsável na gestão da sua Saúde.

SmartClean: uma ferramenta para a limpeza incremental de dados

Neste artigo apresenta-se a ferramenta SmartClean, destinada à detecção e correcção de problemas de qualidade dos dados. Comparativamente às ferramentas actualmente existentes, o SmartClean possui a mais-valia de não obrigar a que a sequência de execução das operações seja especificada pelo utilizador. Para tal, foi concebida uma sequência segundo a qual os problemas são manipulados (i.e., detectados e corrigidos). A existência da sequência suporta ainda a execução incremental das operações. No artigo, a arquitectura subjacente à ferramenta é exposta, sendo detalhados os seus componentes. A validade da ferramenta e, consequentemente, da arquitectura é comprovada através da apresentação do caso de estudo efectuado. Apesar do SmartClean possuir potencialidades de limpeza de dados noutros níveis (e.g., relação), no artigo apenas são descritas as relativas ao nível do valor individual do atributo.

Desenvolvimento de uma ferramenta de pré-selecção de recursos para empresas ágeis/virtuais

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Minimização de odores em contentores de resíduos sólidos

Mestrado em Engenharia Química