A physical packing sequence algorithm for the container loading problem with static mechanical equilibrium conditions

The container loading problem (CLP) is a combinatorial optimization problem for the spatial arrangement of cargo inside containers so as to maximize the usage of space. The algorithms for this problem are of limited practical applicability if real-world constraints are not considered, one of the most important of which is deemed to be stability. This paper addresses static stability, as opposed to dynamic stability, looking at the stability of the cargo during container loading. This paper proposes two algorithms. The first is a static stability algorithm based on static mechanical equilibrium conditions that can be used as a stability evaluation function embedded in CLP algorithms (e.g. constructive heuristics, metaheuristics). The second proposed algorithm is a physical packing sequence algorithm that, given a container loading arrangement, generates the actual sequence by which each box is placed inside the container, considering static stability and loading operation efficiency constraints.

Dynamic stability metrics for the container loading problem

The Container Loading Problem (CLP) literature has traditionally evaluated the dynamic stability of cargo by applying two metrics to box arrangements: the mean number of boxes supporting the items excluding those placed directly on the floor (M1) and the percentage of boxes with insufficient lateral support (M2). However, these metrics, that aim to be proxies for cargo stability during transportation, fail to translate real-world cargo conditions of dynamic stability. In this paper two new performance indicators are proposed to evaluate the dynamic stability of cargo arrangements: the number of fallen boxes (NFB) and the number of boxes within the Damage Boundary Curve fragility test (NB_DBC). Using 1500 solutions for well-known problem instances found in the literature, these new performance indicators are evaluated using a physics simulation tool (StableCargo), replacing the real-world transportation by a truck with a simulation of the dynamic behaviour of container loading arrangements. Two new dynamic stability metrics that can be integrated within any container loading algorithm are also proposed. The metrics are analytical models of the proposed stability performance indicators, computed by multiple linear regression. Pearson’s r correlation coefficient was used as an evaluation parameter for the performance of the models. The extensive computational results show that the proposed metrics are better proxies for dynamic stability in the CLP than the previous widely used metrics.

Addressing the facilities layout design problem through constraint logic programming

One of the most difficult problems that face researchers experimenting with complex systems in real world applications is the Facility Layout Design Problem. It relies with the design and location of production lines, machinery and equipment, inventory storage and shipping facilities. In this work it is intended to address this problem through the use of Constraint Logic Programming (CLP) technology. The use of Genetic Algorithms (GA) as optimisation technique in CLP environment is also an issue addressed. The approach aims the implementation of genetic algorithm operators following the CLP paradigm.

Estudo e implementação piloto de um sistema SCADA na Swedwood Portugal

A realização desta Tese/Dissertação tem como objectivo o estudo e implementação piloto de um Sistema de Supervisão e Aquisição de dados (SCADA) na Swedwood Portugal, na qual exerço as funções de Engenheiro de Processo nas linhas de montagem de mobiliário. Foi efectuado um estudo das necessidades da empresa relativamente às melhorias dos processos das linhas de montagem, com o intuito de melhorar a montagem do semi-produto, a nível de qualidade das matérias-primas, operação e desempenho de equipamentos. Chegou-se à conclusão que existe uma grande necessidade de controlar a qualidade das matérias-primas utilizadas na construção do semi-produto em tempo real, de modo a que seja possível diminuir a complexidade na recolha atempada de amostras por parte dos elementos de operação e diminuir o atraso da entrega de resultados das amostras por parte do laboratório. A colagem é um elemento crítico na montagem do semi-produto, devido às variações de viscosidade da cola, consequência das variações climatéricas a que foi sujeita, desde a saída do fornecedor até à sua utilização nas linhas de montagem. Para tal concebeu-se uma solução para dar uma resposta mais rápida no controlo de qualidade da cola à base de acetato de polivinil (PVAC), ou seja, a implementação piloto de um sistema SCADA na sala de colas, de modo a que haja um controlo a nível de temperatura e humidade, controlo de viscosidade em tempo real e controlo do nível da cola na cuba, fazendo com que haja só uma supervisão por parte dos elementos de operação. Optou-se por um conjunto de hardware e software da SIMATIC desenvolvido pela Siemens, para elaboração da programação e desenvolvimento da Interface Homem Máquina (HMI).

Estudo geotécnico dos solos do vale do Leça no âmbito de uma obra de requalificação portuária

A expansão da área ocupada pelo Porto de Leixões (Matosinhos e Leça da Palmeira), sobre solos muito compressíveis, de origem fluvial e marinha, leva a que seja necessário recorrer à engenharia para encontrar soluções adequadas à utilização de obras dos fins em vista. Assim, na zona do porto são muitos os projectos de engenharia civil/geotécnica executados nestes solos. Como exemplo, podem citar-se a Consolidação do Terrapleno e Construção dos Caminhos de Rolamento do Terminal de Contentores TC4S, a Reabilitação de um troço com 110m, do Cais Sul e do Cais Nascente da Doca nº 4 e a Construção da Portaria Principal do Porto de Leixões, todos no vale fóssil do rio Leça. São vastos os métodos a usar para o melhoramento destes solos, a colocação de colunas de brita, com o objectivo de reforçar o solo, aumentando a sua capacidade de carga e funcionando como drenos verticais, para solucionar o problema das deformações excessivas durante e após o final da obra, uma alternativa consiste em induzir a aceleração da consolidação da camada de solo mole, o uso de pré-carregamento e drenos verticais são usuais. Quando o tempo de concretização da obra exige que o aterro seja utilizado de imediato, uma solução viável é a colocação de estacas, que transferem o peso do aterro, ou parte dele, para camadas mais competentes. Também se pode proceder à retirada do solo original e substituí-lo por outro de qualidade superior. A mais recente técnica de melhoria de solos por injecção - jet grouting - é utilizada em diversas situações, incluindo obras provisórias e definitivas. O presente trabalho visa descrever, em função dos diversos factores, o comportamento do solo face aos vários métodos utilizados e os objectivos pretendidos que serão abordados no enquadramento empírico do trabalho.

Sistema de expedição automática em SAP: implementação logística na Gopaca

Este documento apresenta o desenvolvimento de um sistema que visa relacionar e interligar as tecnologias móveis, automação industrial e SAP às necessidades da Gopaca, uma empresa de produção de derivados de cartão. A empresa Gopaca demonstrou interesse e necessidade em melhorar os seus processos internos de maneira a aumentar produtividade, diminuir desperdícios e implementar uma filosofia de Lean Manufacturing. Para que isso fosse possível foram implementados novos processos em SAP de modo a automatizar todo o processo pré-produtivo, pós produtivo e expedicional, bem como implementado um sistema de Warehouse Management inovador a nível mundial no que a empresas de produção de cartão diz respeito. Sendo expectável que após a conclusão do projecto os resultados fossem inegáveis em termos de aplicação da metodologia Lean Manufacturing. Foram efectuadas melhorias na forma como a entrada de mercadoria e produção é feita em SAP, passando de completamente manual para completamente automática, até à forma como a expedição será feita, apenas necessitando de um operador com uma pistola de leitura de códigos de barra para despoletar o processo completo até ao momento de impressão da guia de transporte. Todo este processo é inovador no que diz respeito à sua implementação em SAP com o foco no desejo do cliente, não existindo ainda, nenhum produto (modulo SAP) no mercado que permita a execução automática dos processos indicados. Todos os processos se tornaram simples e intuitivos e na maior parte dos casos sem qualquer necessidade de interacção com o utilizador, reduzindo o tempo anteriormente despendido nesta operações, podendo este ser aplicado nas áreas onde é realmente necessário.

Level monitoring system for waste oil containers: an EPS@ISEP project

Waste oil recycling companies play a very important role in our society. Competition among companies is tough and process optimization is essential for survival. By equipping oil containers with a level monitoring system that periodically reports the level and alerts when it reaches the preset threshold, the oil recycling companies are able to streamline the oil collection process and, thus, reduce the operation costs while maintaining the quality of service. This paper describes the development of this level monitoring system by a team of four students from different engineering backgrounds and nationalities. The team conducted a study of the state of the art, draw marketing and sustainable development plans and, finally, designed and implemented a prototype that continuously measures the container content level and sends an alert message as soon as it reaches the preset capacity.

Fractional dynamics in liquid manipulation

This paper presents a fractional calculus perspective in the study of signals captured during the movement of a mechanical manipulator carrying a liquid container. In order to study the signals an experimental setup is implemented. The system acquires data from the sensors, in real time, and, in a second phase, processes them through an analysis package. The analysis package runs off-line and handles the recorded data. The results show that the Fourier spectrum of several signals presents a fractional behavior. The experimental study provides useful information that can assist in the design of a control system and the trajectory planning to be used in reducing or eliminating the effect of vibrations.

Desenvolvimento de uma nova unidade fabril da Efacec

No âmbito da Unidade Curricular Dissertação, inserida no segundo ano do Mestrado em Engenharia Mecânica – Gestão Industrial do Instituto Superior de Engenharia do Porto, foi proposto um projecto que está a ser desenvolvido pela equipa de Engenharia e Gestão Industrial, da unidade de negócios AMT, intitulado por: “Projecto Índia – Desenvolvimento da nova unidade fabril” Este projecto tem como principal objectivo o desenvolvimento de uma fábrica de excelência na Índia de fabricação de componentes de média tensão, isto é, com processos logísticos bem definidos e com linhas de produção o mais automatizadas possivel. Esta nova fábrica de raiz, vai ser gerida e decalcada do modelo atualmente existe na fábrica da EFACEC de componentes de média tensão existente em Portugal. Numa primeira fase do desenvolvimento do projecto, foi seleccionado um edifício com cerca de 1600m2 em Nashik, uma localidade a cerca de 171 Km de Mumbai, onde se encontram 80% dos fornecedores da EFACEC. Foram identificados os produtos a serem fabricados e quantificada a respectiva procura anual. Foi efectuado o balanceamento de cada uma das linhas e desenhado o layout. Neste layout contemplou-se as áreas de produção, laboratório, gabinetes de chefes de equipa, expedição, recepção e armazém. Após a definição das áreas de montagem de cada produto, iniciou-se a concepção das linhas de produção, sobretudo automáticas, com a definição da cadência de produção. A linha de fabricação que é especialmente detalhada neste documento é a linha de montagem dos comandos CI. Este é o produto com mais procura. Foi também definido o processo logístico do fluxo interno da fábrica. Nas linhas de produção foi implementado o sistema de controlo de fluxo baseado em cartões Kanban e no armazém criou-se um novo conceito de controlo e localização de produtos, o “Aquiles”. O Aquiles permite automaticamente e através da leitura de código de barras, indexar os artigos nas estantes. Cada artigo e cada estante e/ou localização estão codificados e no momento de recepção de material o código do artigo é associado ao código da estante. No âmbito de explorar todas as soluções possíveis para a um melhor desenvolvimento desta nova fábrica foram abordados temas como “JIT”, “Pull Flow”, “Kanban”, “Takttime”.

Optimization of the Pultrusion process

Manufacturing processes need permanently to innovate and optimize because any can be susceptible to continuous improvement. Innovation and commitment to the development of these new solutions resulting from existing expertise and the continuing need to increase productivity, flexibility and ensuring the necessary quality of the manufactured products. To increase flexibility, it is necessary to significantly reduce set-up times and lead time in order to ensure the delivery of products ever faster. This objective can be achieved through a normalization of the pultrusion line elements. Implicitly, there is an increase of productivity by this way. This work is intended to optimize the pultrusion process of structural profiles. We consider all elements of the system from the storehouse of the fibers (rack) to the pultrusion die. Particular attention was devoted to (a) the guidance system of the fibers and webs, (b) the resin container where the fibers are impregnated, (c) standard plates positioning of the fibers towards the entrance to the spinneret and also (d) reviewed the whole process of assembling and fixing the die as well as its the heating system. With the implementation of these new systems was achieved a significant saving of time set-up and were clearly reduced the unit costs of production. Quality assurance was also increased.

Auditoria à gestão de resíduos industriais

A presente dissertação foi realizada em colaboração com o grupo empresarial Monteiro, Ribas, tendo como principal objectivo a realização de uma auditoria à gestão dos resíduos industriais produzidos pelas suas fábricas localizadas na Estrada da Circunvalação, no Porto. Para cumprir este objectivo, inicialmente foi efectuado um levantamento das obrigações legais relativas aos resíduos e foram procuradas práticas aconselhadas para a gestão interna. Para cada uma das fábricas, verificaram-se, quais os resíduos produzidos e analisaram-se os seus percursos, considerando as suas origens, os locais e modos de acondicionamento na origem, os modos de transporte interno, os locais e modos de armazenagem preliminar, e ainda, as quantidades produzidas, os transportadores, os operadores finais e as operações finais de gestão, sendo que estas quatro últimas informações são relativas ao ano 2013. De seguida procedeu-se à realização da auditoria nas diferentes unidades, verificando o cumprimento dos requisitos legais e das boas práticas em matéria de gestão de resíduos. As principais não conformidades detectadas, comuns às várias unidades fabris foram a inexistência de local/recipiente definido para acondicionamento de alguns resíduos, a falta ou insuficiente identificação de recipientes/zonas de acondicionamento, a inexistência de bacias de retenção para resíduos líquidos perigosos, o facto de no transporte interno apenas os resíduos perigosos serem cobertos e, os resíduos líquidos perigosos não serem transportados sobre bacias de retenção móveis nem com o material necessário para absorver derrames. Para cada resíduo e para cada unidade industrial foram propostas medidas correctivas e/ou de melhoria, quando aplicável. Relativamente à armazenagem preliminar, a principal inconformidade detectada foi o facto de todos os parques (quatro) possuírem resíduos perigosos no momento das auditorias, o que não é adequado. Foram propostas medidas correctivas e/ou de melhoria para cada parque. Como proposta global, tendo em conta factores económicos e de segurança, sugeriu-se que apenas o parque de resíduos perigosos possa armazenar este tipo de resíduos, pelo que os procedimentos de transporte interno devem ser melhorados, fazendo com que estes resíduos sejam transportados directamente para o parque de resíduos perigosos. Desta forma dois dos parques devem sofrer algumas remodelações, nomeadamente serem cobertos e fechados, ainda que não totalmente, e o parque de resíduos perigosos deve ser fechado, mantendo aberturas para ventilação, deve ser equipado com kit´s de contenção de derrames, fichas de segurança, procedimentos a realizar em caso de emergência, e ainda, devido ao facto do sistema de contenção de derrames ser pequeno face ao total de armazenamento, aconselha-se o uso de bacias de retenção para alguns dos recipientes de resíduos líquidos perigosos. Ao longo deste processo e em consequência da realização da auditoria, algumas situações consideradas não conformes foram sendo corrigidas. Também foram preparadas instruções de trabalho adequadas que serão posteriormente disponibilizadas. Foi ainda elaborada uma metodologia de avaliação de processos como base de trabalho para redução dos resíduos gerados. A etapa escolhida para a aplicação da mesma foi uma etapa auxiliar do processo produtivo da Monteiro, Ribas - Revestimentos, S.A - a limpeza de cubas com solventes, por forma a tentar minimizar os resíduos de solventes produzidos nesta operação. Uma vez que a fábrica já realiza a operação tendo em consideração medidas de prevenção e reutilização, a reciclagem é neste momento a única forma de tentar minimizar os resíduos de solventes. Foram então estudadas duas opções, nomeadamente a aquisição de um equipamento de regeneração de solventes e a contratação de uma operadora que proceda à regeneração dos resíduos de solventes e faça o retorno do solvente regenerado. A primeira opção poderá permitir uma redução de cerca de 95% na produção de resíduos de solventes e na aquisição de solvente puro, estimando-se uma poupança anual de cerca de **** €, com um período de recuperação do capital de cerca de 16 meses e a segunda pode conduzir a uma redução significativa na aquisição de solvente puro, cerca de 65%, e a uma poupança anual de cerca de **** €.

Transporte marítimo de curta distância na União Europeia e em Portugal

O transporte marítimo sempre assumiu uma importância primordial no transporte, quer de pessoas como de mercadorias. O uso das vias marítimas para o transporte de mercadorias é uma prática utilizada desde os tempos antigos. O transporte marítimo na Europa sempre foi uma forma eficaz e de baixo custo de transportar passageiros e mercadorias de um local para outro. Atualmente, todos os modos de transporte necessitam de melhorar a sua eficiência e reduzir o montante de poluentes que libertam para o meio-ambiente. O transporte marítimo de curta distância (TMCD) é parte essencial no sistema de transporte multimodal Europeu representando cerca de 37% das transações intracomunitárias (tkm). Os resultados alcançados advêm desde que, em 2001, a European Shortsea Network (ESN) em parceria com os Shortsea Promotion Centres (SPC) de cada Estado-Membro da União Europeia (EU) conseguiram efetuar progressos significativos na promoção e desenvolvimento do transporte por esta via. Esta tese de mestrado pretende caraterizar o TMCD na EU e em Portugal e a sua articulação com os outros meios de transporte de mercadorias. Será também analisada a situação Portuguesa ao nível do transporte marítimo de mercadorias fazendo especial relevância à mercadoria contentorizada, às infraestruturas atualmente existentes em Portugal assim como às perspetivas futuras para o setor. A metodologia utilizada inclui a revisão de literatura da investigação efetuada sobre o setor, a recolha de informação primária através do instrumento inquérito e a recolha de informação estatística a partir de fontes secundárias, permitindo a caraterização do setor. O inquérito foi desenvolvido e partilhado com mais de um milhar de empresas a operar em Portugal, nas que se incluem as empresas transportadoras, operadores logísticos, agentes de navegação e as principais empresas exportadoras/importadoras a operar em Portugal, tendo-se obtido 106 respostas válidas. A nível nacional, o inquérito realizado permitiu confirmar que os principais portos logísticos para a movimentação internacional de mercadorias são os portos de Leixões, Lisboa, Sines e Setúbal, estando a maioria das empresas inquiridas localizadas no hinterland destes portos. O inquérito permitiu também concluir que o facto de o transporte rodoviário ser um meio de transporte rápido, de baixo custo para curtas e médias distâncias, de elevada frequência de transporte, de oferecer elevada capacidade e diversos tipos de carga transportada, de oferecer serviços Porta-a-Porta, da elevada flexibilidade e mobilidade oferecida, assim como a rapidez das operações de carga e descarga continuam a contribuir para a elevada competitividade deste modo de transporte de mercadorias, sendo as razões pelo qual este modo é escolhido, pese embora, ser o modo mais poluente por tonelada transportada. Os modos de transporte TMCD e ferroviário apenas são alvo de escolha, como modo de transporte de mercadorias, por parte das empresas mais responsáveis socialmente e ambiental. O inquérito permitiu ainda concluir que, para haver uma melhor articulação entre o TMCD com outros meios de transporte, é necessário que sejam disponibilizados novos serviços, portos e terminais logísticos com serviços privatizados, assim como a redução das tarifas aplicáveis TMCD.

Caracterização do transporte intermodal de cargas na zona norte de Portugal

Dissertação apresentada ao Instituto Politécnico do Porto para obtenção do Grau de Mestre em Logística Orientado pela professora Doutora Maria Teresa Ribeiro Pereira Esta dissertação não inclui as críticas e sugestões feitas pelo Júri.

Short sea como alternativa ao transporte terrestre

O Short Sea Shipping (SSS) é um conceito de transporte marítimo de difícil definição. No entanto, considera-se neste trabalho, que corresponde ao movimento de carga e passageiros por mar entre portos situados geográficamente na Europa ou entre outros portos que não estejam situados na Europa, mas que partilham costa com mares que banham a Europa. Esta definição é sem dúvida aquela que melhor se adequa à inclusão do Short SSS como elo de uma cadeia multimodal de transporte de mercadorias no espaço Europeu, e como alternativa ao transporte de mercadorias apenas por estrada. Este trabalho aborda alguns conceitos importantes subjacentes ao transporte marítimo de forma a permitir uma contextualização que possibilite uma melhor compreensão da abordagem feita ao SSS. A sua promoção e implementação, como alternativa viável para o transporte de mercadorias dentro do espaço Europeu, são objetivos da política de transportes da União Europeia (UE). Este trabalho reflete sobre algumas das políticas estratégicas de promoção da UE para impulsionar o SSS como alternativa ao transporte rodoviário. O objetivo deste trabalho é analisar se o SSS é uma alternativa ao transporte terrestre, no contexto de uma distribuição no Reino Unido de produtos de uma Industria localizada nos arredores da cidade do Porto. Neste trabalho analisou-se as vantagens e desvantagens do SSS, foi efetuada uma descrição do Porto de Leixões como porto escolhido para as expedições, assim como uma análise descritiva dos serviços de Short Sea disponiveis neste porto para as zonas de distribuição desta empresa. Foram descritos os fatores chave da mudança de transporte terrestre para SSS, efectuada uma caracterização da distribuição desta empresa e da solução que esta adotou para distribuir os seus produtos no Reino Unido. A anállise económica da operação, dos tempos de trânsito são dois temas fundamentais para a viabilidade da solução como alternativa ao transporte terrestre.

Characterization of the portuguese SSS into the Europe: a contribution

Nowadays, Short Sea Shipping (SSS) is an essential part in European multi-modal transport system, representing approximately thirty-seven per cent of intra-Community transactions in tonnes per kilometre (tkm). Since 2001, the European Shortsea Network (ESN) in partnership with the short-sea Promotion Centres (SPC) of each Member State of the European Union (EU) have managed to make significant progress in the promotion and development of this mode of transport. This paper aims to assess and analyse the SSS of containerised goods in Portugal and its articulation with other EU routes and also other transport modes. The current SSS infrastructure, how the sector is organized, as well as the future perspectives for the sector are also analysed for the case of Portugal. The analyses are based on a survey that was carried out on the logistics operators, navigation agents, freight forwarders, and the leading imports and exports manufacturers in Portugal.