Self-optimization for dynamic scheduling in manufacturing systems

Scheduling is a critical function that is present throughout many industries and applications. A great need exists for developing scheduling approaches that can be applied to a number of different scheduling problems with significant impact on performance of business organizations. A challenge is emerging in the design of scheduling support systems for manufacturing environments where dynamic adaptation and optimization become increasingly important. In this paper, we describe a Self-Optimizing Mechanism for Scheduling System through Nature Inspired Optimization Techniques (NIT).

MASDSheGATS – Scheduling System for Dynamic Manufacturing Environments

This chapter addresses the resolution of scheduling in manufacturing systems subject to perturbations. The planning of Manufacturing Systems involves frequently the resolution of a huge amount and variety of combinatorial optimisation problems with an important impact on the performance of manufacturing organisations. Examples of those problems are the sequencing and scheduling problems in manufacturing management, routing and transportation, layout design and timetabling problems.

Self-optimization aspects for dynamic scheduling

Scheduling is a critical function that is present throughout many industries and applications. A great need exists for developing scheduling approaches that can be applied to a number of different scheduling problems with significant impact on performance of business organizations. A challenge is emerging in the design of scheduling support systems for manufacturing environments where dynamic adaptation and optimization become increasingly important. At this scenario, self-optimizing arise as the ability of the agent to monitor its state and performance and proactively tune itself to respond to environmental stimuli.

Gestão e monitorização de uma rede departamental: um caso de estudo

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Análise e optimização dos consumos de utilidades (vapor e energia eléctrica) na Petibol – Embalagens de Plásticos, S.A.

Mestrado em Engenharia Química. Ramo optimização energética na indústria química.

Diagnóstico ambiental de uma queijaria e proposta de melhorias

O presente trabalho tem como objectivo o diagnóstico ambiental da empresa Lacticinios do Paiva, S.A, a avaliação da água do processo e da ETARI e o estudo da fermentação do soro de queijo com o intuito de produção de bioetanol. No diagnóstico ambiental da empresa, observou-se que 18.227.731 litros de leite usados anualmente geram 5.031 ton/ano de queijo, 7.204 ton/ano de soro de queijo, 74.201 m3/ano de efluente liquido, 14 ton/ano de plástico e 20 ton/ano de cartão. Os principais problemas com necessidade de optimização são a recuperação de água das lavagens, avaliação da produção de biogás no digestor anaeróbio, recuperação do volume de leite que é desperdiçado na produção de queijo fresco de longa duração, avaliação da eficiência energética da empresa, valorização das natas e do soro de queijo. Decidiu-se neste trabalho avaliar a possibilidade de reciclagem das águas de lavagem, avaliar o funcionamento da ETARI face à legislação existente e estudar a possibilidade de valorização do soro de queijo. Na avaliação das águas de processo das lavagens para posterior reciclagem, verifica-se que relativamente ao pH e aos sólidos suspensos não existe problema, podendo encarar-se a hipótese de reciclagem directa. No entanto, no que respeita à carga orgânica das águas de lavagem do sistema de ultrafiltração do queijo fresco de longa duração, constata-se que esta não poderia ser utilizada novamente, uma vez que apresenta valores elevados de CQO. Para a sua reutilização, será necessário remover a CQO, hipótese que se estudou com resultados positivos. Verificou-se que, um tratamento por adsorção em carvão activado precedido de microfiltração, reduz a CQO de forma significativa permitindo admitir a hipótese de reciclagem da água, nomeadamente para as 1ª e 3ª águas de lavagem. As outras águas teriam necessidade de mais tempo de contacto com o carvão activado. No sentido de avaliar o funcionamento da ETARI, foram analisadas várias correntes da mesma, em particular a do efluente final, no que respeita a parâmetros como: pH, Sólidos Suspensos Totais, Carência Química de Oxigénio, Carência Bioquímica de Oxigénio, Turvação, Nitratos, Fósforo Total, Azoto Kjeldalh, Azoto Amoniacal e Cloretos. Observou-se que os valores para o efluente final da ETARI são os seguintes: pH compreendido entre [7,21 – 8,69], SST entre [65,3 – 3110] mg/L, CQO entre [92,5 – 711,5] mg/L, CBO5 entre [58 – 161] mg/L, NO3- entre [10,8 – 106,7] mg/L, fósforo total entre [8,3 – 64,3] mg/L, turvação entre [67,7 – 733,3] FTU e cloretos entre [459,9 – 619,81] mg/L; pode-se dizer que os parâmetros analisados se encontram quase sempre dentro da gama de valores impostos pela Câmara Municipal de Lamego pelo que o efluente pode ser lançado no Colector Municipal de Cambres. Relativamente à fermentação alcoólica do soro de queijo, verifica-se que a levedura Kluyveromyces Marxianus consegue degradar praticamente todo o açúcar presente no permeado produzindo assim uma quantidade razoável de etanol. Quando se utilizou a levedura Saccharomyces Cerevisiae, a produção de etanol foi muito reduzida, como esperado, dado que esta levedura apresenta dificuldades na metabolização da lactose. Constatou-se assim que a melhor levedura para a fermentação do permeado do soro de queijo é a Kluyveromyces Marxianus, estimando-se em 150 mg a produção de etanol por L de soro.

Six thinking hats for electricity markets simulation: adapting meeting tools to agent decision

In almost all industrialized countries, the energy sector has suffered a severe restructuring that originated a greater complexity in market players’ interactions. The complexity that these changes brought made way for the creation of decision support tools that facilitate the study and understanding of these markets. MASCEM – “Multiagent Simulator for Competitive Electricity Markets” arose in this context providing a framework for evaluating new rules, new behaviour, and new participants in deregulated electricity markets. MASCEM uses game theory, machine learning techniques, scenario analysis and optimisation techniques to model market agents and to provide them with decision-support. ALBidS is a multiagent system created to provide decision support to market negotiating players. Fully integrated with MASCEM it considers several different methodologies based on very distinct approaches. The Six Thinking Hats is a powerful technique used to look at decisions from different perspectives. This tool’s goal is to force the thinker to move outside his habitual thinking style. It was developed to be used mainly at meetings in order to “run better meetings, make faster decisions”. This dissertation presents a study about the applicability of the Six Thinking Hats technique in Decision Support Systems, particularly with the multiagent paradigm like the MASCEM simulator. As such this work’s proposal is of a new agent, a meta-learner based on STH technique that organizes several different ALBidS’ strategies and combines the distinct answers into a single one that, expectedly, out-performs any of them.

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.

Single-objective spreading algorithm

This paper addresses the problem of finding several different solutions with the same optimum performance in single objective real-world engineering problems. In this paper a parallel robot design is proposed. Thereby, this paper presents a genetic algorithm to optimize uni-objective problems with an infinite number of optimal solutions. The algorithm uses the maximin concept and ε-dominance to promote diversity over the admissible space. The performance of the proposed algorithm is analyzed with three well-known test functions and a function obtained from practical real-world engineering optimization problems. A spreading analysis is performed showing that the solutions drawn by the algorithm are well dispersed.

Adapting remote labs to learning scenarios: case studies using VISIR and RemotElectLab

Remote laboratories are an emergent technological and pedagogical tool at all education levels, and their widespread use is an important part of their own improvement and evolution. This paper describes several issues encountered on laboratorial classes, on higher education courses, when using remote laboratories based on PXI systems, either using the VISIR system or an alternate in-house solution. Three main issues are presented and explained, all reported by teachers, that gave support to students' use of remote laboratories. The first issue deals with the need to allow students to select the actual place where an ammeter is to be inserted on electric circuits, even incorrectly, therefore emulating real-world difficulties. The second one deals with problems with timing when several measurements are required at short intervals, as in the discharge cycle of a capacitor. In addition, the last issue deals with the use of a multimeter in dc mode when reading ac values, a use that collides with the lab settings. All scenarios are presented and discussed, including the solution found for each case. The conclusion derived from the described work is that the remote laboratories area is an expanding field, where practical use leads to improvement and evolution of the available solutions, requiring a strict cooperation and information-sharing between all actors, i.e., developers, teachers, and students.

Classificação e previsão de cardiotocogramas usando algoritmos baseados em redes neuronais

Mestrado em Computação e Instrumentação Médica

Efeito hipotensivo de uma sessão de exercício aeróbio em idosos hipertensos

Introdução: As doenças cardiovasculares, entre elas, a hipertensão arterial constituem um dos problemas de saúde de maior prevalência, principalmente na população idosa. Alguns estudos têm apontado o exercício físico aeróbio como uma medida não farmacológica, eficaz, para a prevenção/controlo da hipertensão arterial. Objetivo: Este estudo avaliou o efeito agudo hipotensivo de uma sessão isolada de exercício físico aeróbio num grupo de idosos hipertensos. Metodologia: A amostra foi composta por 20 idosos, de ambos os géneros, hipertensos, pertencentes a três centros de convívio distintos. Os indivíduos foram divididos aleatoriamente em dois grupos, o grupo que fez a sessão de exercício (n=10, idade 81,2 ± 4,71 anos) e o grupo de controlo (n=10, idade 81,2 ± 3,12 anos). O grupo de exercício participou numa sessão de exercício físico aeróbio que teve 35 minutos de duração, sendo constituída por 5 minutos de aquecimento seguidos por duas frações de marcha a uma intensidade de 40-60% da frequência cardíaca (FC) de reserva, cada uma delas com a duração de 10 minutos, separadas por um intervalo de recuperação de 5 minutos, terminando com 5 minutos de retorno à calma. O grupo controlo permaneceu 35 minutos em repouso sentado. Todos indivíduos foram sujeitos à avaliação da pressão arterial (PA) e FC, antes, no intervalo, no término, 20 e 40 minutos após a sessão de exercício/35 minutos de repouso. Resultados: Observou-se que no grupo que fez o exercício físico a PA sistólica medida aos 40 minutos (123,04 ± 23,07 mmHg) após a sessão de exercício foi significativamente inferior aos restantes momentos de avaliação, incluindo o valor observado em repouso (135,57 ± 19,43 mmHg). A PA diastólica medida também aos 40 minutos (61,94 ± 7,49 mmHg) após a sessão foi inferior à obtida ao intervalo da sessão (72,40 ± 8,51 mmHg). A FC foi significativamente superior ao intervalo e no término da sessão comparativamente a todos os outros momentos de avaliação. Quanto ao grupo controlo não se verificaram diferenças significativas em nenhum dos parâmetros avaliados. Conclusão: Uma sessão isolada de exercício aeróbio de curta promove a ocorrência do fenómeno hipotensão pós-exercício em idosos hipertensos.

"Gestão Oficinal no Setor Automóvel” - Caso de estudo na AMC, Lda.

A indústria automóvel no que respeita à gestão oficinal de qualidade é uma referência de dimensão e nível mundial. O constante avanço da indústria automóvel, o ciclo de vida dos produtos (automóveis) cada vez mais curtos e a competitividade entre empresas, requer uma procura constante de novas ferramentas de melhoria na gestão oficinal. Neste trabalho, centrado na gestão oficinal no setor automóvel, procuram-se introduzir novas abordagens que visem combater o decréscimo da rentabilidade neste setor. Como se depreende do exposto anteriormente, o objetivo principal desta dissertação é propor e avaliar (validar) propostas de melhoria que visem o aumento da rentabilidade financeira da empresa AMC – Auto Mecânica de Cambra, Lda. Com vista à prossecução deste objetivo foram definidos os seguintes objetivos intercalares na AMC: - Análise e levantamento dos problemas; - Identificação de potenciais causas; - Formulação de ações de propostas de melhoria na gestão da empresa; - Programação das ações e avaliação de resultados alcançados; A estrutura definida nesta dissertação após a sua introdução no capítulo 1 centra-se no capítulo 2 na apresentação da empresa AMC, com a descrição dos problemas levantados atendendo às vertentes mais críticas. Seguidamente, no capítulo 3, com ferramentas de análise de problemas, serão encontradas as causas raiz destes problemas. Posteriormente no capítulo seguinte serão criados planos de ações para a resolução das causas. No capítulo 4 as ações serão implementadas e avaliadas para garantir a sua eficácia e eficiência. Por fim, no capítulo 5 são descritas as conclusões e os desenvolvimentos futuros enquadráveis com a melhoria contínua da AMC. Como conclusão, este trabalho, mostra que várias propostas de melhoria implementadas trouxeram ganhos efetivos para a empresa e que futuras propostas são potencialmente válidas num futuro próximo. Esta dissertação com ligação direta à AMC tem igualmente dados que podem ser extrapolados e adaptados a outras empresas do mesmo setor. O objetivo principal deste estudo é a análise e o levantamento dos problemas com a utilização de ferramentas tais como: Benchmarking, Diagrama causa-efeito, ciclo PDCA, análise de SWOT e indicadores operativos da oficina.

Introducing numerical analysis tools in engineering: a Scilab user case in electronics course

Software tools in education became popular since the widespread of personal computers. Engineering courses lead the way in this development and these tools became almost a standard. Engineering graduates are familiar with numerical analysis tools but also with simulators (e.g. electronic circuits), computer assisted design tools and others, depending on the degree. One of the main problems with these tools is when and how to start use them so that they can be beneficial to students and not mere substitutes for potentially difficult calculations or design. In this paper a software tool to be used by first year students in electronics/electricity courses is presented. The growing acknowledgement and acceptance of open source software lead to the choice of an open source software tool – Scilab, which is a numerical analysis tool – to develop a toolbox. The toolbox was developed to be used as standalone or integrated in an e-learning platform. The e-learning platform used was Moodle. The first approach was to assess the mathematical skills necessary to solve all the problems related to electronics and electricity courses. Analysing the existing circuit simulators software tools, it is clear that even though they are very helpful by showing the end result they are not so effective in the process of the students studying and self learning since they show results but not intermediate steps which are crucial in problems that involve derivatives or integrals. Also, they are not very effective in obtaining graphical results that could be used to elaborate reports and for an overall better comprehension of the results. The developed tool was based on the numerical analysis software Scilab and is a toolbox that gives their users the opportunity to obtain the end results of a circuit analysis but also the expressions obtained when derivative and integrals calculations, plot signals, obtain vector diagrams, etc. The toolbox runs entirely in the Moodle web platform and provides the same results as the standalone application. The students can use the toolbox through the web platform (in computers where they don't have installation privileges) or in their personal computers by installing both the Scilab software and the toolbox. This approach was designed for first year students from all engineering degrees that have electronics/electricity courses in their curricula.

Estrutura de financiamento das empresas start-up

Atualmente, o contexto de atuação das empresas tem sido cada vez mais desafiante dado o binómio de competitividade e crise financeira. Desta forma, a exploração de novas soluções e identificação de lacunas ou desequilíbrios no mercado torna-se imperial para o desenvolvimento das novas entidades. É com base nesta premissa que emerge o conceito de Start-Up, sendo o seu propósito o desenvolvimento de novos produtos e modelos de negócios inovadores. Como resultado, estas empresas tornam-se num elemento revitalizador do tecido económico dos países em que estão inseridas. De forma a possibilitar a potenciação das atividades desenvolvidas por estas entidades é crucial a identificação das diversas fontes de recursos financeiros e as consequentes contrapartidas exigidas. No entanto, dado o seu caráter inovador obviamente que vários são os riscos lhes estão associados, pelo que estas empresas deparam-se com mais dificuldades no momento de acesso aos recursos financeiros que pretendem. Desta forma, a presente dissertação analisa as tendências de financiamento das Start-Up tendo como motivação o facto desta temática ainda não se encontrar devidamente explorada e dado o desconhecimento desta realidade em Portugal. Neste sentido, e aliando a problemática existente com a motivação para a concretização da presente dissertação foram realizados um conjunto de inquéritos os quais foram aliados com o desenvolvimento de modelos empíricos multivariados aplicados aos dados seccionais e em painel. Os resultados alcançados com a investigação empírica permitiram concluir a influência de um conjunto de variáveis bem como justificar a orientação e estrutura de financiamento das Start-Up portuguesas. Das variáveis investigadas de ressalvar a influência significativa da Dimensão da Empresa, Estrutura de Ativos e Forma Legal no financiamento das Start-Up nacionais.