Introducing the fractional-order Darwinian PSO

One of the most well-known bio-inspired algorithms used in optimization problems is the particle swarm optimization (PSO), which basically consists on a machinelearning technique loosely inspired by birds flocking in search of food. More specifically, it consists of a number of particles that collectively move on the search space in search of the global optimum. The Darwinian particle swarm optimization (DPSO) is an evolutionary algorithm that extends the PSO using natural selection, or survival of the fittest, to enhance the ability to escape from local optima. This paper firstly presents a survey on PSO algorithms mainly focusing on the DPSO. Afterward, a method for controlling the convergence rate of the DPSO using fractional calculus (FC) concepts is proposed. The fractional-order optimization algorithm, denoted as FO-DPSO, is tested using several well-known functions, and the relationship between the fractional-order velocity and the convergence of the algorithm is observed. Moreover, experimental results show that the FO-DPSO significantly outperforms the previously presented FO-PSO.

Real-time communications over wired/wireless PROFIBUS networks supporting inter-cell mobility

PROFIBUS is an international standard (IEC 61158, EN 50170) for factory-floor communications, with several thousands of installations worldwide. Taking into account the increasing need for mobile devices in industrial environments, one obvious solution is to extend traditional wired PROFIBUS networks with wireless capabilities. In this paper, we outline the major aspects of a hybrid wired/wireless PROFIBUS-based architecture, where most of the design options were made in order to guarantee the real-time behaviour of the overall network. We also introduce the timing unpredictability problems resulting from the co-existence of heterogeneous physical media in the same network. However, the major focus of this paper is on how to guarantee real-time communications in such a hybrid network, where nodes (and whole segments) can move between different radio cells (inter-cell mobility). Assuming a simple mobility management mechanism based on mobile nodes performing periodic radio channel assessment and switching, we propose a methodology to compute values for specific parameters that enable an optimal (minimum) and bounded duration of the handoff procedure.

Complex-order forced van der Pol oscillator

In this paper we consider a complex-order forced van der Pol oscillator. The complex derivative Dα1jβ, with α, β ∈ ℝ+, is a generalization of the concept of an integer derivative, where α = 1, β = 0. The Fourier transforms of the periodic solutions of the complex-order forced van der Pol oscillator are computed for various values of parameters such as frequency ω and amplitude b of the external forcing, the damping μ, and parameters α and β. Moreover, we consider two cases: (i) b = 1, μ = {1.0, 5.0, 10.0}, and ω = {0.5, 2.46, 5.0, 20.0}; (ii) ω = 20.0, μ = {1.0, 5.0, 10.0}, and b = {1.0, 5.0, 10.0}. We verified that most of the signal energy is concentrated in the fundamental harmonic ω0. We also observed that the fundamental frequency of the oscillations ω0 varies with α and μ. For the range of tested values, the numerical fitting led to logarithmic approximations for system (7) in the two cases (i) and (ii). In conclusion, we verify that by varying the parameter values α and β of the complex-order derivative in expression (7), we accomplished a very effective way of perturbing the dynamical behavior of the forced van der Pol oscillator, which is no longer limited to parameters b and ω.

Complex order van der Pol oscillator

In this paper a complex-order van der Pol oscillator is considered. The complex derivative Dα±ȷβ , with α,β∈R + is a generalization of the concept of integer derivative, where α=1, β=0. By applying the concept of complex derivative, we obtain a high-dimensional parameter space. Amplitude and period values of the periodic solutions of the two versions of the complex-order van der Pol oscillator are studied for variation of these parameters. Fourier transforms of the periodic solutions of the two oscillators are also analyzed.

Complex order biped rhythms

Animal locomotion is a complex process, involving the central pattern generators (neural networks, located in the spinal cord, that produce rhythmic patterns), the brainstem command systems, the steering and posture control systems and the top layer structures that decide which motor primitive is activated at a given time. Pinto and Golubitsky studied an integer CPG model for legs rhythms in bipeds. It is a four-coupled identical oscillators' network with dihedral symmetry. This paper considers a new complex order central pattern generator (CPG) model for locomotion in bipeds. A complex derivative Dα±jβ, with α, β ∈ ℜ+, j = √-1, is a generalization of the concept of an integer derivative, where α = 1, β = 0. Parameter regions where periodic solutions, identified with legs' rhythms in bipeds, occur, are analyzed. Also observed is the variation of the amplitude and period of periodic solutions with the complex order derivative.

Application of genetic algorithms in the design of an electrical potential of fractional order

Fractional calculus (FC) is currently being applied in many areas of science and technology. In fact, this mathematical concept helps the researches to have a deeper insight about several phenomena that integer order models overlook. Genetic algorithms (GA) are an important tool to solve optimization problems that occur in engineering. This methodology applies the concepts that describe biological evolution to obtain optimal solution in many different applications. In this line of thought, in this work we use the FC and the GA concepts to implement the electrical fractional order potential. The performance of the GA scheme, and the convergence of the resulting approximation, are analyzed. The results are analyzed for different number of charges and several fractional orders.

Gestão de multi-projeto no processo de desenvolvimento de produto

No âmbito da unidade curricular Dissertação/Projeto/Estágio do 2º ano do Mestrado em Engenharia mecânica – Ramo Gestão Industrial do Instituto Superior de Engenharia do Porto, o presente trabalho de dissertação foi enquadrado num projeto de desenvolvimento de ferramentas de apoio à gestão de projetos. O projeto foi desenvolvido no Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (INEGI) na unidade de Desenvolvimento de Produto e Sistemas (DPS). A realização deste projeto teve como objetivo o desenvolvimento e adequação de ferramentas de apoio à gestão de multi-projeto no processo de desenvolvimento de produto na organização em estudo – o INEGI – DPS. A gestão de projetos tem hoje uma grande importância nos resultados das empresas essencialmente em virtude da necessidade de estas competirem num mundo em grande mudança com concorrentes ferozes, em que a capacidade de responder às mudanças a tempo e de uma forma integrada se torna cada vez mais importante. A atividade levada a cabo pela DPS impõe a necessidade de uma gestão de projetos mais eficaz e eficiente suportada numa gestão de informação centralizada. O presente projeto de investigação teve, numa primeira fase, uma adaptação à organização em estudo. De seguida, foi conduzida uma revisão da literatura com o objetivo de se obter a fundamentação teórica necessária ao desenvolvimento de ferramentas com base nas metodologias lean. Prosseguiu com o levantamento da situação inicial da organização e com a identificação dos problemas existentes na gestão de projetos. Incluiu também uma revisão e análise das ferramentas existentes na unidade em estudo. Este conhecimento permitiu delinear uma visão para guiar o desenvolvimento das ferramentas. Após a definição da visão foi, então, realizado o desenvolvimento das ferramentas de auxílio à gestão multi-projeto na organização. A concretização deste trabalho resultou no desenvolvimento de três ferramentas de auxílio à gestão multi-projeto na unidade. Estas ferramentas tornam o processo de gestão de projetos mais simples e fácil de assimilar, requerendo apenas alguns inputs por parte dos colaboradores. Estas ferramentas estão apoiadas nos pilares do lean, e deste modo estão vocacionadas para reduzir o desperdício, promover a melhoria contínua, aumentar o desempenho global dos vários atores nos projetos de modo a entregar mais valor e qualidade superior com menores custos. Acima de tudo, valorizar o trabalho dos colaboradores, tornando-os mais eficientes, eficazes, motivados e comprometidos com a organização.

Autoconsumo fotovoltaico, um elemento de eficiência energética. Caso de estudo: ISEP

Mestrado em Energias Sustentáveis

Strange Dynamics in a Fractional Derivative of Complex-Order Network of Chaotic Oscillators

We study the peculiar dynamical features of a fractional derivative of complex-order network. The network is composed of two unidirectional rings of cells, coupled through a "buffer" cell. The network has a Z3 × Z5 cyclic symmetry group. The complex derivative Dα±jβ, with α, β ∈ R+ is a generalization of the concept of integer order derivative, where α = 1, β = 0. Each cell is modeled by the Chen oscillator. Numerical simulations of the coupled cell system associated with the network expose patterns such as equilibria, periodic orbits, relaxation oscillations, quasiperiodic motion, and chaos, in one or in two rings of cells. In addition, fixing β = 0.8, we perceive differences in the qualitative behavior of the system, as the parameter c ∈ [13, 24] of the Chen oscillator and/or the real part of the fractional derivative, α ∈ {0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0}, are varied. Some patterns produced by the coupled system are constrained by the network architecture, but other features are only understood in the light of the internal dynamics of each cell, in this case, the Chen oscillator. What is more important, architecture and/or internal dynamics?

Dimensionar a logística interna da fábrica Toyota Ovar para a produção de nova viatura

O projeto foi realizado na Toyota (divisão fabril de Ovar), no ano letivo 2014/2015, teve por base um estágio extracurricular que foi realizado para que desta forma tomasse contacto com uma realidade concreta e absoluta no contexto empresarial. O estágio serviu, principalmente, como uma experiência na compreensão do funcionamento de uma indústria de automóveis. Este projeto desenvolve-se no âmbito do 2ºano do Mestrado de Logística e apresenta os contributos desenvolvidos no departamento de logística para a reorganização da mesma para a produção de um novo modelo automóvel. Atualmente, a Toyota, para os modelos de automóveis que produz, recebe os componentes em CKD (Completed Knocked Down) provenientes do Japão em lotes de cinco unidades. Estes lotes são armazenados no armazém, de onde só saem quando for dada ordem para serem produzidos. Cada lote tem várias caixas, que são colocadas à vez numa zona comum de abertura. São retidos os componentes das caixas CKD e colocados nos transportadores próprios dos postos correspondentes (supermercado de linha). Isto significa que sempre que é solicitado uma viatura de um determinado lote, são obrigados a produzir as cinco unidades. Isto significa que as restantes unidades do lote terão que ficar em parque aberto a aguardar venda futura, para além de ter um stock desnecessário, estas unidades ficam vulneráveis e sofrem desgaste, pois estão expostas à intempérie, causando graves problemas de qualidade e respetivos custos associados. Recentemente, foi decidida a produção do modelo Land Cruiser 70 na unidade industrial de Ovar, Portugal, o que obrigou a uma reorganização da produção e processos logísticos para a sua produção. Os objetivos que a empresa pretende com a entrada de um novo projeto Land Cruiser 70, são os seguintes: Alterar o sistema de abastecimento, implementando o abastecimento unitário em toda a fábrica para o novo modelo, garantindo o “one by one production”; Definir o funcionamento do processo logístico desde a chegada dos componentes até ficarem disponíveis no supermercado de linha. Para isso será necessário dimensionar armazém e zona de abertura, definir layouts e quantidade de stocks, bem como definir sistemas de comunicação entre abertura e supermercado; Verificar as peças que vão fazer parte do chassi por posto e contabilizar os dolly´s1 necessários; Fazer o layout de abastecimento da linha do chassi; Calcular o tempo de abertura, de abastecimento e de picking do chassi e de triming. Este projeto tem em conta a política de melhoria contínua de forma a conseguir satisfazer o cliente (ser eficaz) utilizando cada vez menos recursos quer físicos quer humanos (ser eficiente, detetar e eliminar os desperdícios). O presente projeto foi inserido na equipa de melhoria contínua da logística, maioritariamente no chassi. Em termos globais, os objetivos propostos neste estágio foram atingidos com êxito.