Classification of some penalty methods

Optimization problems arise in science, engineering, economy, etc. and we need to find the best solutions for each reality. The methods used to solve these problems depend on several factors, including the amount and type of accessible information, the available algorithms for solving them, and, obviously, the intrinsic characteristics of the problem. There are many kinds of optimization problems and, consequently, many kinds of methods to solve them. When the involved functions are nonlinear and their derivatives are not known or are very difficult to calculate, these methods are more rare. These kinds of functions are frequently called black box functions. To solve such problems without constraints (unconstrained optimization), we can use direct search methods. These methods do not require any derivatives or approximations of them. But when the problem has constraints (nonlinear programming problems) and, additionally, the constraint functions are black box functions, it is much more difficult to find the most appropriate method. Penalty methods can then be used. They transform the original problem into a sequence of other problems, derived from the initial, all without constraints. Then this sequence of problems (without constraints) can be solved using the methods available for unconstrained optimization. In this chapter, we present a classification of some of the existing penalty methods and describe some of their assumptions and limitations. These methods allow the solving of optimization problems with continuous, discrete, and mixing constraints, without requiring continuity, differentiability, or convexity. Thus, penalty methods can be used as the first step in the resolution of constrained problems, by means of methods that typically are used by unconstrained problems. We also discuss a new class of penalty methods for nonlinear optimization, which adjust the penalty parameter dynamically.

A web-based tool to evaluate the iterative processes of direct search methods

Constrained and unconstrained Nonlinear Optimization Problems often appear in many engineering areas. In some of these cases it is not possible to use derivative based optimization methods because the objective function is not known or it is too complex or the objective function is non-smooth. In these cases derivative based methods cannot be used and Direct Search Methods might be the most suitable optimization methods. An Application Programming Interface (API) including some of these methods was implemented using Java Technology. This API can be accessed either by applications running in the same computer where it is installed or, it can be remotely accessed through a LAN or the Internet, using webservices. From the engineering point of view, the information needed from the API is the solution for the provided problem. On the other hand, from the optimization methods researchers’ point of view, not only the solution for the problem is needed. Also additional information about the iterative process is useful, such as: the number of iterations; the value of the solution at each iteration; the stopping criteria, etc. In this paper are presented the features added to the API to allow users to access to the iterative process data.

Shear modulus and strength of an acrylic adhesive by the notched plate shear method (Arcan) and the thick adherend shear test (TAST)

In this work, the shear modulus and strength of the acrylic adhesive 3M® DP 8005 was evaluated by two different methods: the Thick Adherend Shear Test (TAST) and the Notched Plate Shear Method (Arcan). However, TAST standards advise the use of a special extensometer attached to the specimen, which requires a very experienced technician. In the present study, the adhesive shear displacement for the TAST was measured using an optical technique, and also with a conventional inductive extensometer of 25 mm used for tensile tests. This allowed for an assessment of suitability of using a conventional extensometer to measure this parameter. Since the results obtained by the two techniques are identical, it can be concluded that using a conventional extensometer is a valid option to obtain the shear modulus for the particular adhesive used. In the Arcan tests, the adhesive shear displacement was only measured using the optical technique. This work also aimed the comparison of shear modulus and strength obtained by the TAST and Arcan test methods.

Realization of fractional-order controllers: analysis, synthesis and application to the velocity control of a servo system

The synthesis and application of fractional-order controllers is now an active research field. This article investigates the use of fractional-order PID controllers in the velocity control of an experimental modular servo system. The systern consists of a digital servomechanism and open-architecture software environment for real-time control experiments using MATLAB/Simulink. Different tuning methods will be employed, such as heuristics based on the well-known Ziegler Nichols rules, techniques based on Bode’s ideal transfer function and optimization tuning methods. Experimental responses obtained from the application of the several fractional-order controllers are presented and analyzed. The effectiveness and superior performance of the proposed algorithms are also compared with classical integer-order PID controllers.

Análise de fadiga de uma ponte ferroviária com tabuleiro misto vigado sob ação de tráfego de mercadorias

A presente dissertação centra-se no estudo de fadiga de uma ponte ferroviária com tabuleiro misto vigado pertencente a uma via de transporte de mercadorias. O caso de estudo incide sobre a ponte ferroviária sobre o rio do Sonho, localizada na Estrada de Ferro de Carajás situada no nordeste do Brasil. Nesta linha circulam alguns dos maiores comboios de mercadoria do mundo com cerca de 3.7 km de extensão e com cargas por eixo superiores a 300 kN. Numa primeira fase apresentam-se diversas metodologias de análise da fadiga em pontes ferroviárias metálicas. É também descrita a ferramenta computacional FADBridge, desenvolvida em ambiente MATLAB, e que possibilita o cálculo sistematizado e eficiente do dano de fadiga em detalhes construtivos de acordo com as indicações dos eurocódigos. Em seguida são abordadas as metodologias numéricas utilizadas para a realização das análises dinâmicas do sistema ponte-comboio e os aspetos regulamentares a ter em consideração no dimensionamento de pontes ferroviárias. O modelo numérico de elementos finitos da ponte foi realizado com recurso ao programa ANSYS. Com base neste modelo foram obtidos os parâmetros modais, nomeadamente as frequências naturais e os modos de vibração, tendo sido também analisada a importância do efeito compósito via-tabuleiro e a influência do comportamento não linear do balastro. O estudo do comportamento dinâmico da ponte foi realizado por intermédio de uma metodologia de cargas móveis através da ferramenta computacional Train-Bridge Interaction (TBI). As análises dinâmicas foram efetuadas para a passagem dos comboios reais de mercadorias e de passageiros e para os comboios de fadiga regulamentares. Nestas análises foi estudada a influência dos modos de vibração globais e locais, das configurações de carga dos comboios e do aumento da velocidade de circulação, na resposta dinâmica da ponte. Por último, foi avaliado o comportamento à fadiga de diversos detalhes construtivos para os cenários de tráfego regulamentar e reais. Foi ainda analisada a influência do aumento da velocidade, da configuração de cargas dos comboios e da degradação da estrutura nos valores do dano por fadiga e da respetiva vida residual.

Microencapsulation of herbicide MCPA with native beta-cyclodextrin and its methyl and hydroxypropyl derivatives: An experimental and theoretical investigation

When a pesticide is released into the environment, most of it is lost before it reaches its target. An effective way to reduce environmental losses of pesticides is by using controlled release technology. Microencapsulation becomes a promising technique for the production of controlled release agricultural formulations. In this work, the microencapsulation of chlorophenoxy herbicide MCPA with native b-cyclodextrin and its methyl and hydroxypropyl derivatives was investigated. The phase solubility study showed that both native and b-CD derivatives increased the water solubility of the herbicide and inclusion complexes are formed in a stoichiometric ratio of 1:1. The stability constants describing the extent of formation of the complexes have been determined by phase solubility studies. 1H NMR experiments were also accomplished for the prepared solid systems and the data gathered confirm the formation of the inclusion complexes. 1H NMR data obtained for the MCPA/CDs complexes disclosed noticeable proton shift displacements for OCH2 group and H6 aromatic proton of MCPA provided clear evidence of inclusion complexation process, suggesting that the phenyl moiety of the herbicide was included in the hydrophobic cavity of CDs. Free energy molecular mechanics calculations confirm all these findings. The gathered results can be regarded as an essential step to the development of controlled release agricultural formulations containing herbicide MCPA.

Development and Assessment of an E-Learning Course on Breast Imaging for Radiographers: A Stratified Randomized Controlled Trial

Background: Mammography is considered the best imaging technique for breast cancer screening, and the radiographer plays an important role in its performance. Therefore, continuing education is critical to improving the performance of these professionals and thus providing better health care services. Objective: Our goal was to develop an e-learning course on breast imaging for radiographers, assessing its efficacy , effectiveness, and user satisfaction. Methods: A stratified randomized controlled trial was performed with radiographers and radiology students who already had mammography training, using pre- and post-knowledge tests, and satisfaction questionnaires. The primary outcome was the improvement in test results (percentage of correct answers), using intention-to-treat and per-protocol analysis. Results: A total of 54 participants were assigned to the intervention (20 students plus 34 radiographers) with 53 controls (19+34). The intervention was completed by 40 participants (11+29), with 4 (2+2) discontinued interventions, and 10 (7+3) lost to follow-up. Differences in the primary outcome were found between intervention and control: 21 versus 4 percentage points (pp), P<.001. Stratified analysis showed effect in radiographers (23 pp vs 4 pp; P=.004) but was unclear in students (18 pp vs 5 pp; P=.098). Nonetheless, differences in students’ posttest results were found (88% vs 63%; P=.003), which were absent in pretest (63% vs 63%; P=.106). The per-protocol analysis showed a higher effect (26 pp vs 2 pp; P<.001), both in students (25 pp vs 3 pp; P=.004) and radiographers (27 pp vs 2 pp; P<.001). Overall, 85% were satisfied with the course, and 88% considered it successful. Conclusions: This e-learning course is effective, especially for radiographers, which highlights the need for continuing education.

Preços de transferência – o caso português

Dissertação de Mestrado apresentado ao Instituto de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do grau de Mestre em Auditoria, sob orientação da Mestre Gabriela Pinheiro

Projeto topológico de uma rede rodoviária

Mestrado em Engenharia Informática - Área de Especialização em Sistemas Gráficos e Multimédia

B-learning quality: dimensions, criteria and pedagogical approach

Measuring the quality of a b-learning environment is critical to determine the success of a b-learning course. Several initiatives have been recently conducted on benchmarking and quality in e-learning. Despite these efforts in defining and examining quality issues concerning online courses, a defining instrument to evaluate quality is one of the key challenges for blended learning, since it incorporates both traditional and online instruction methods. For this paper, six frameworks for quality assessment of technological enhanced learning were examined and compared regarding similarities and differences. These frameworks aim at the same global objective: the quality of e-learning environment/products. They present different perspectives but also many common issues. Some of them are more specific and related to the course and other are more global and related to institutional aspects. In this work we collected and arrange all the quality criteria identified in order to get a more complete framework and determine if it fits our b-learning environment. We also included elements related to our own b-learning research and experience, acquired during more than 10 years of experience. As a result we have create a new quality reference with a set of dimensions and criteria that should be taken into account when you are analyzing, designing, developing, implementing and evaluating a b-learning environment. Besides these perspectives on what to do when you are developing a b-learning environment we have also included pedagogical issues in order to give directions on how to do it to reach the success of the learning. The information, concepts and procedures here presented give support to teachers and instructors, which intend to validate the quality of their blended learning courses.

Análise de Integridade Estrutural de uma Flare Industrial

Para garantir que um equipamento opere com segurança e fiabilidade durante o seu ciclo de vida, desde a sua instalação ao desmantelamento, devem ser realizadas inspeções e/ou monitorizações que, dependendo dos dados recolhidos, podem implicar avaliações Fitness- For-Service (FFS) que definirão a necessidade de reparação ou alteração do equipamento ou das condições processuais. A combinação de inspeção ou monitorização com os melhores procedimentos e técnicas de avaliação atuais fazem sobressair insuficiências dos procedimentos mais antigos. Usando métodos mais avançados de avaliação, validados e suportados através de uma vasta experiência de campo, pode-se agora avaliar defeitos nos ativos (equipamentos) e determinar a adequação ao serviço com uma análise FFS. As análises FFS tornaram-se cada vez mais aceites em toda a indústria ao longo dos últimos anos. A norma API 579 - 1/ASME FFS-1: 2007 fornece diretrizes para avaliar os tipos de danos que afetam os equipamentos processuais e a norma API RP 571: 2011 descreve os mecanismos de degradação que afetam os equipamentos nas petroquímicas e refinarias, que incluem os danos por corrosão, desalinhamentos, deformações plásticas, laminações, fissuras, entre outros. Este trabalho consiste na análise de Integridade Estrutural de uma Flare Industrial que surgiu da necessidade real de análise do equipamento no âmbito da atividade profissional do candidato. O estudo realizado a nível profissional é de grande abrangência, incluindo a inspeção do equipamento, identificação da falha ou dano, recolha e registo de dados, definição de estratégia de atuação e seleção de técnicas de avaliação da condição para posterior alteração, reparação ou desmantelamento. Na presente dissertação de mestrado em Engenharia Mecânica, Ramo Construções Mecânicas, pretende-se efetuar o estudo aprofundado de uma das etapas de projeto, nomeadamente estudar a causa, avaliar a falha e implicações estruturais ou processuais devido à degradação interior do riser de uma flare, com base numa análise FFS, assumindo a operabilidade em segurança e garantindo resolutas condições de funcionamento. A presente análise FFS tem como finalidade validar ou não a integridade atual (avaliação técnica quantitativa) de modo a conhecer se o item em questão é seguro e confiável para continuar a operar em condições específicas durante um período de tempo determinado, tendo em consideração as condições verificadas no ato de inspeção e especificações de projeto, segundo os itens de verificação de segurança estabelecidos na norma EN 1990:2002/A1:2005/AC:2010 e com base na norma API 579-1/ASME FFS-1: 2007. No âmbito do presente trabalho foram realizadas as seguintes tarefas: - Identificar e analisar os mecanismos de degradação com base na norma API RP 571: 2011, face às condições processuais e geométricas que o equipamento em análise está sujeito de modo a perceber a evolução da degradação estrutural e quais as implicações na sua longevidade. - Avaliar e propor soluções de reparação e ou alterações processuais e ou geométricas do equipamento em análise de modo a permitir a continuidade em funcionamento sem afetar as condições de segurança e por conseguinte minimizar ou evitar o elevado custo económico associado a um novo equipamento e tempo de paragem processual. - Assumir limites estruturais face às condições processuais e ações externas ou adjacentes. - Garantir a segurança e qualidade da vida humana ou meio que o rodeia, do equipamento, das instalações, das infraestruturas envolventes e evitar o colapso económico, quer por motivos processuais, quer indeminizações ou agravamento do prémio do seguro. Verificou-se que os resultados serão a base para as alterações inerentes, tais como reforço estrutural, alteração da geometria do defletor, ajuste no tensionamento dos cabos e controlo da espessura mínima, de modo a alargar o período de vida útil da flare com segurança.

Condicionamento acústico e certificação energética de edifícios

O presente relatório desenvolvido no âmbito do estágio curricular realizado na empresa – ASL & Associados, com duração de seis meses, tem como objetivo a elaboração e desenvolvimento de estudos acústicos de edifícios e elaboração de certificados energéticos de edifícios existentes. Inicialmente, será feita uma descrição da empresa acolhedora expondo a sua missão, valores e o portfólio abarcando projetos e revisão de projetos, certificação energética, ensaios acústicos, gestão e fiscalização de empreendimentos. As atividades desenvolvidas no estágio englobam a certificação energética de edifícios existentes aplicando a nova regulamentação térmica (REH), apresentando as simplificações de cálculo aplicadas a edifícios existentes e dois exemplos específicos de uma fração autónoma e um edifício unifamiliar. No campo da acústica foram estudados três edifícios, um habitacional, um misto e um de serviços. Para o condicionamento acústico dos casos de estudo serão aplicados métodos de cálculo utilizados na empresa e um método de cálculo para avaliação e classificação da qualidade acústica, o qual foi desenvolvido pelo Laboratório Nacional de Engenharia Civil – LNEC. Por fim, foram elaborados as ponderações sobre a experiência vivida, como considerações sobre os resultados obtidos tendo em conta os objetivos propostos para o desenvolvimento do estágio.

Monitorização e caracterização de atividade física

A monitorização da atividade física é um tema que tem adquirido cada vez mais importância. Tal deve-se ao crescente sedentarismo da população em geral e adquirindo níveis muito elevados de importância devido a vários fatores como por exemplo o enorme crescimento tecnológico e menor tempo de lazer. Cada vez mais a população tem a tendência de substituir atividades como uma simples caminhada para o trabalho ou escola por algum tipo de tecnologia que reduz o consumo energético do corpo, sendo paradigmático o uso (excessivo) de viaturas automóveis. Em consequência da escassez de atividade física, doenças como a obesidade e problemas cardíacos têm vindo a aumentar nas várias faixas etárias, mas assume uma particular relevância em crianças. Nas últimas décadas têm aumentado as iniciativas de investigação com o objetivo de compreender os fatores que afetam a prática de atividade física para posteriormente a potenciar. Existem diversos métodos contudo, destaca-se preferencialmente os de observação direta, com observadores presentes. No entanto estes apresentam algumas limitações. Consequentemente são necessários esforços de investigação adicionais e novas técnicas ou metodologias. Nesta dissertação pretende-se contribuir ativamente para a investigação na área da promoção de atividade física através da utilização de vídeo, com uma análise realizada sobre dois pontos principais. Primeiro são analisadas métodos do estado de arte que requerem a presença de observadores e de que forma a captura de vídeos pode ser utilizada como alternativa ou complemento. De seguida, é realizado um estudo e avançada uma proposta inicial para utilizar mecanismos de processamento e classificação automática da atividade em alternativa ao observador humano.

Optimização do Processo de Maquinagem de Componentes para a Indústria Automóvel

A indústria automóvel exige, em geral, elevados índices de produtividade e qualidade. Para corresponder às exigências deste tipo de indústria, são requeridos métodos avançados de produção, tentando eliminar ao máximo operações que não gerem valor acrescentado e que possam introduzir problemas no processo de garantia da qualidade. A maquinagem por arranque de apara é um processo utilizado de forma intensiva na indústria automóvel. No entanto, enquanto em componentes críticos como o motor, os processos estão já altamente otimizados, o mesmo não se verifica na maior parte dos sistemas periféricos, normalmente realizados por empresas mais pequenas que gravitam em torno dos principais fornecedores da cadeia de produção de automóveis. Os sistemas responsáveis pela movimentação dos limpa pára-brisas e elevação dos vidros, entre outros, encontram-se neste grupo. Este trabalho visa essencialmente otimizar o processo de maquinagem de componentes periféricos de automóveis, sujeitos a diferentes operações em vários planos. No entanto, e tal como em muitas outras situações relacionadas com a variedade de versões existentes na indústria automóvel relativamente a cada sistema, pretende-se que o processo seja suficientemente versátil para poder ser aplicado em vários componentes de uma mesma família de produtos, necessitando de um número de ajustes o mais baixo possível. O estudo passou por uma análise profunda das similaridades geométricas dos diferentes componentes, análise dos planos de maquinagem de cada componente, operações envolvidas, elencagem da necessidade específica de ferramentas, elaboração de gabaritos de fabrico e apresentação da solução final, a qual passa pela introdução de um 4º eixo e do seu controlo através do sistema CNC já existente, assim como pela elaboração de novos programas.

Utilization of Quality Tools: does sector and size matter?

This research focuses on the influence of company sector and size on the level of utilization of Basic and Advanced Quality Tools. The paper starts with a literature review and then presents the methodology used for the survey. Based on the responses from 202 managers of Portuguese ISO 9001:2008 Quality Management System certified organizations, statistical tests were performed. Results show, with 95% confidence level, that industry and services have a similar proportion of use of Basic and Advanced Quality Tools. Concerning size, bigger companies show a higher trend to use Advanced Quality Tools than smaller ones. For Basic Quality Tools, there was no statistical significant difference at a 95% confidence level for different company sizes. The three basic Quality tools with higher utilization were Check sheets, Flow charts and Histograms (for Services) or Control Charts/ (for Industry), however 22% of the surveyed organizations reported not using Basic Quality Tools, which highlights a major improvement opportunity for these companies. Additional studies addressing motivations, benefits and barriers for Quality Tools application should be undertaken for further validation and understanding of these results.