Collective intelligence on dynamic manufacturing scheduling optimization

Swarm Intelligence (SI) is a growing research field of Artificial Intelligence (AI). SI is the general term for several computational techniques which use ideas and get inspiration from the social behaviours of insects and of other animals. This paper presents hybridization and combination of different AI approaches, like Bio-Inspired Techniques (BIT), Multi-Agent systems (MAS) and Machine Learning Techniques (ML T). The resulting system is applied to the problem of jobs scheduling to machines on dynamic manufacturing environments.

Autonomic computing for scheduling in manufacturing systems

We describe a novel approach to scheduling resolution by combining Autonomic Computing (AC), Multi-Agent Systems (MAS) and Nature Inspired Optimization Techniques (NIT). Autonomic Computing has emerged as paradigm aiming at embedding applications with a management structure similar to a central nervous system. A natural Autonomic Computing evolution in relation to Current Computing is to provide systems with Self-Managing ability with a minimum human interference. In this paper we envisage the use of Multi-Agent Systems paradigm for supporting dynamic and distributed scheduling in Manufacturing Systems with Autonomic properties, in order to reduce the complexity of managing systems and human interference. Additionally, we consider the resolution of realistic problems. The scheduling of a Cutting and Treatment Stainless Steel Sheet Line will be evaluated. Results show that proposed approach has advantages when compared with other scheduling systems.

Cooperative intelligent system for manufacturing scheduling

Hybridization of intelligent systems is a promising research field of computational intelligence focusing on combinations of multiple approaches to develop the next generation of intelligent systems. In this paper we will model a Manufacturing System by means of Multi-Agent Systems and Meta-Heuristics technologies, where each agent may represent a processing entity (machine). The objective of the system is to deal with the complex problem of Dynamic Scheduling in Manufacturing Systems.

Self-managing agents for dynamic scheduling in manufacturing

The main purpose of this paper is to propose a Multi-Agent Autonomic and Bio-Inspired based framework with selfmanaging capabilities to solve complex scheduling problems using cooperative negotiation. Scheduling resolution requires the intervention of highly skilled human problem-solvers. This is a very hard and challenging domain because current systems are becoming more and more complex, distributed, interconnected and subject to rapidly changing. A natural Autonomic Computing (AC) evolution in relation to Current Computing is to provide systems with Self-Managing ability with a minimum human interference.

Scheduling in holonic manufacturing systems

This chapter presents some of the issues with holonic manufacturing systems. It starts by presenting the current manufacturing scenario and trends and then provides some background information on the holonic concept and its application to manufacturing. The current limitations and future trends of manufacturing suggest more autonomous and distributed organisations for manufacturing systems; holonic manufacturing systems are proposed as a way to achieve such autonomy and decentralisation. After a brief literature survey a specific research work is presented to handle scheduling in holonic manufacturing systems. This work is based on task and resource holons that cooperate with each other based on a variant of the contract net protocol that allow the propagation of constraints between operations in the execution plan. The chapter ends by presenting some challenges and future opportunities of research.

Lipid content and fatty acid profile of Senegalese sole (Solea senegalensis Kaup, 1858) juveniles as affected by feed containing different amounts of plant protein sources

A growth trial with Senegalese Sole (Solea senegalensis Kaup, 1858) juveniles fed with diets containing increasing replacement levels of fishmeal by mixtures of plant protein sources was conducted over 12 weeks. Total fat contents of muscle, liver, viscera, skin, fins and head tissues were determined, as well as fatty acid profiles of muscle and liver (GC-FID analysis). Liver was the preferential local for fat deposition (5.5–10.8% of fat) followed by fins (3.4–6.7% fat). Increasing levels of plant protein in the diets seems to be related to increased levels of total lipids in the liver. Sole muscle is lean (2.4–4.0% fat), with total lipids being similar among treatments. Liver fatty acid profile varied significantly among treatments. Plant protein diets induced increased levels of C16:1 and C18:2 n -6 and a decrease in ARA and EPA levels. Muscle fatty acid profile also evidenced increasing levels of C18:2 n 6, while ARA and DHA remained similar among treatments. Substitution of fishmeal by plant protein is hence possible without major differences on the lipid content and fatty acid profile of the main edible portion of the fish – the muscle.

Exposure to volatile organic compounds in a composting plant

Some previous studies have suggested that some of the volatile organic compounds (VOCs) found in composting plants may have a toxic effect that can influence, besides surroundings populations, workers from the composting plants. Impact of waste management to the environment and workers is already recognised as an environment and occupational health concerns. Several studies regarding the VOCs and bioaerosols emissions from composting have been conducted all over Europe and also in Asia. However, in Portugal the studies developed are scarce and normally VOCs are not studied and recognized as a risk factor present in this occupational setting. Consudering this, a study was developed in a Portuguese composting plant aiming to clarify if there was VOCs presence in the workplaces.

Aspergillus genera fungal contamination in a Portuguese composting plant

Fungal contamination in composting facilities has been associated with increased respiratory and skin pathologies among compost workers. In this study we aim to characterize the fungal contamination caused by Aspergillus genera within a totally indoor composting plant located in Portugal. Air samples of 50L were collected from 6 sampling sites through an impaction method. Surfaces samples were collected by swabbing the surfaces of the same indoor sites. Pre-treatment and waste screw were the sampling sites of the analyzed composting plant with the highest Aspergillus load in the air. Globally, the genus Aspergillus presented the highest prevalence both in the air from (90.6%), and surfaces from the same sampling sites (60.8%). The results obtained in this study claim the attention to the need of further research regarding the fungal contamination dur to Aspergillus genus in composting plants.

Occupational exposure to particulate matter and fungi in a composting plant: case study in Portugal

The handling of waste can be responsible for occupational exposure to particles and fungi. The aim of this study was to characterize exposure to particles and fungi in a composting plant. Measurements of particulate matter were performed using portable direct-reading equipment. Air samples of 50L were collected through an impaction method with a flow rate of 140L/min onto malt extract agar supplemented with chloramphenicol (0.05%). Surfaces samples were also collected. All the samples were incubated at 27ºC for 5 to 7 days. Particulate matter data showed higher contamination for PM, and PM10 sizes. Aspergillus genus presents the highest air prevalence (90.6%). Aspergillus niger (32.6%), A. fumigatus (26.5%) and A. flavus (16.3%) were the most prevalent fungi in air sampling, and Mucor sp. (39.2%), Aspergillus niger (30.9%) and A. fumigatus (28.7%) were the most found in surfaces. the results obtained claim the attention to the need of further research.

Optimização do tratamento de um efluente aquoso resultante da utilização de cola nas máquinas de produção de placas de madeira

O presente trabalho teve como principais objectivos, estudar e optimizar o processo de tratamento do efluente proveniente das máquinas da unidade Cold-press da linha de produção da Empresa Swedwood, caracterizar a solução límpida obtida no tratamento e estudar a sua integração no processo, e por fim caracterizar o resíduo de pasta de cola obtido no tratamento e estudar a possível valorização energética deste resíduo. Após caracterização inicial do efluente e de acordo com os resultados de um estudo prévio solicitado pela Empresa Swedwood a uma empresa externa, decidiu-se iniciar o estudo de tratabilidade do efluente pelo processo físico-químico a coagulação/floculação. No processo de coagulação/floculação estudou-se a aplicabilidade, através de ensaios Jar-test, dos diferentes agentes de coagulação/floculação: a soda cáustica, a cal, o cloreto férrico e o sulfato de alumínio. Os melhores resultados neste processo foram obtidos com a adição de uma dose de cal de 500 mg/Lefluente, seguida da adição de 400 mg/Lefluente de sulfato de alumínio. Contudo, após este tratamento o clarificado obtido não possuía as características necessárias para a sua reintrodução no processo fabril nem para a sua descarga em meio hídrico. Deste modo procedeu-se ao estudo de tratamentos complementares. Nesta segunda fases de estudo testaram-se os seguintes os tratamentos: a oxidação química por Reagente de Fenton, o tratamento biológico por SBR (sequencing batch reactor) e o leito percolador. Da análise dos resultados obtidos nos diferentes tratamentos conclui-se que o tratamento mais eficaz foi o tratamento biológico por SBR com adição de carvão activado. Prevê-se que no final do processo de tratamento o clarificado obtido possa ser descarregado em meio hídrico ou reintroduzido no processo. Como o estudo apenas foi desenvolvido à escala laboratorial, seria útil poder validar os resultados numa escala piloto antes da sua implementação industrial. A partir dos resultados do estudo experimental, procedeu-se ao dimensionamento de uma unidade de tratamento físico-químico e biológico à escala industrial para o tratamento de 20 m3 de efluente produzido na fábrica, numa semana. Dimensionou-se ainda a unidade (leito de secagem) para tratamento das lamas produzidas. Na unidade de tratamento físico-químico (coagulação/floculação) os decantadores estáticos devem possuir o volume útil de 4,8 m3. Sendo necessários semanalmente 36 L da suspensão de cal (Neutrolac 300) e 12,3 L da solução de sulfato de alumínio a 8,3%. Os tanques de armazenamento destes compostos devem possuir 43,2 litros e 96 litros, respectivamente. Nesta unidade estimou-se que são produzidos diariamente 1,4 m3 de lamas. Na unidade de tratamento biológico o reactor biológico deve possuir um volume útil de 6 m3. Para que este processo seja eficaz é necessário fornecer diariamente 2,1 kg de oxigénio. Estima-se que neste processo será necessário efectuar a purga de 325 litros de lamas semanalmente. No final da purga repõe-se o carvão activado, que poderá ser arrastado juntamente com as lamas, adicionando-se 100 mg de carvão por litro de licor misto. De acordo com o volume de lamas produzidos em ambos os tratamentos a área mínima necessária para o leito de secagem é de cerca de 27 m2. A análise económica efectuada mostra que a aquisição do equipamento tem o custo de 22.079,50 euros, o custo dos reagentes necessários neste processo para um ano de funcionamento tem um custo total de 508,50 euros e as necessidades energéticas de 2.008,45 euros.

Complementarity of conventional and molecular methods in the assessment of fungal contamination caused by Aspergillus fumigatus complex in one Portuguese composting plant

The handling of waste and compost that occurs frequently in composting plants (compost turning, shredding, and screening) has been shown to be responsible for the release of dust and air borne microorganisms and their compounds in the air. Thermophilic fungi, such as A. fumigatus, have been reported and this kind of contamination in composting facilities has been associated with increased respiratory symptoms among compost workers. This study intended to characterize fungal contamination in a totally indoor composting plant located in Portugal. Besides conventional methods, molecular biology was also applied to overcome eventual limitations.

Jogos Sérios para Lean Manufacturing: “Jogo: Método 5S”

A crise económica global que se faz sentir leva a que surja uma necessidade de aumentar a competitividade das empresas, através da melhoria de performance dos seus colaboradores. Nesse sentido, Lean Manufacturing é uma área que merece a atenção das empresas e dos seus colaboradores, uma vez que os seus principais objectivos são o aumento da produtividade, a redução dos desperdícios e a optimização dos recursos disponíveis. Uma ferramenta do Lean que merece especial destaque é o Método 5S, que permite aumentar a produtividade através do aumento da organização do posto de trabalho. Uma vez que usar postos de trabalho a mais, de modo a que os colaboradores pratiquem e aprendam a aplicar as regras do 5S, fica dispendioso em tempo de trabalho e custos acrescidos pela paragem da linha produção, surge a necessidade de criação de um Jogo Sério que ajude na aprendizagem destes temas. Um breve estudo do mercado revelou que esta necessidade não está a ser devidamente respondida. Existem algumas entidades que se dedicam ao ensino e partilha deste tipo de conhecimentos, sendo poucas as que têm ferramentas digitais disponíveis. Esta dissertação propõe um Jogo Sério que pretende dar resposta a esta necessidade, permitindo pôr em prática o Método 5S, servindo ainda como ferramenta motivadora, para que o colaborador aprofunde o seu conhecimento na matéria. Esta abordagem prática encoraja o jogador a aprender por tentativa e erro. Informações mostradas ao longo do jogo permitem uma aprendizagem sem haver uma sobrecarga cognitiva. A avaliação do jogo, realizada por um grupo de alunos que frequentam o Mestrado em Engenharia Mecânica, demonstrou que a nossa abordagem é eficiente e resulta na aprendizagem dos conceitos 5S.

Optimização do tratamento por lamas activadas do efluente líquido da Mundotêxtil

A Mundotêxtil foi fundada em 1975 tendo iniciado a sua actividade na área comercial de produtos têxteis. Actualmente é o maior produtor nacional de atoalhados de felpo e emprega 575 colaboradores. Como resultado do seu crescimento e sobretudo da actividade de tingimento de fio e felpo, as necessidades de água são consideráveis e o volume de efluentes gerados nos processos industriais é cada vez maior a empresa avançou com a construção de uma estação de tratamento por lamas activadas, colocando-a em funcionamento em Setembro de 2004. Inicialmente surgiram dificuldades para a remoção da cor e da concentração da Carência Química de Oxigénio (CQO) de modo a cumprir os limites máximos de emissão permitidos nas normas de descarga no rio Ave e no Decreto-Lei nº 236/98, de 1 de Agosto. Com a descarga de parte dos efluentes no SIDVA e a utilização de um coagulante adicionado ao reactor o tratamento passou a apresentar melhores resultados. O intuito deste trabalho é o de apresentar soluções de modo a optimizar o funcionamento do tratamento biológico da Mundotêxtil. A optimização pode começar na concepção dos produtos, pode incidir no processo de fabrico para além de poder ser efectuada no seio da estação de tratamento biológico. Foi efectuado um estudo do tratamento biológico por lamas activadas no Laboratório de Tecnologia Química Profª Doutora Lída de Vasconcelos, laboratório tecnológico do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) que decorreu nos meses de Maio, Junho e Julho de 2010. O estudo laboratorial foi efectuado para três situações distintas: 1) tratamento do efluente bruto sem qualquer tipo de pré-tratamento (ensaios 1 a 3); 2) tratamento do efluente bruto submetido a pré-tratamento com coagulante Ambifloc BIO MD (ensaios 4 e 5) e 3) tratamento com adição de fungos ao tanque de arejamento (ensaio 6). Foram utilizadas duas instalações de tratamento alimentadas a partir do mesmo tanque de alimentação. Os dois sistemas eram idênticos, diferiram nos caudais de alimentação de efluente que foram alterados ao longo do estudo. O efluente a tratar foi fornecido pela empresa Mundotêxtil, sendo recolhido por diversas vezes ao longo dos ensaios. Este efluente foi retirado após o pré-tratamento da empresa, ou seja este efluente é o mesmo que alimenta o tratamento biológico da Mundotêxtil. Devido a este facto o efluente usado no estudo laboratorial teve uma variabilidade no período em que decorreu o estudo, nomeadamente em termos de concentração de CQO e cor. A relação entre a Carência Bioquímica (CBO5) e a CQO situouse entre 0,47 e 0,63 o que traduz que está dentro dos valores típicos para um efluente têxtil. Os melhores resultados globais de remoção de CQO foram obtidos no ensaio 5 e estiveram compreendidos entre 73,2% e 77,5% para o ensaio 5.1 e entre 62,9 e 73,2% para o ensaio 5.2. Neste ensaio foi utilizado o coagulante. Todos os valores de concentração de CQO obtidos nos efluentes dos decantadores para os ensaios 2, 5 e 6 são inferiores aos valores limite de descarga definidos nas normas de descarga no rio Ave e o Decreto-Lei 236/98. Os valores de concentração de Sólidos Suspensos Totais (SST), pH, fósforo, CBO5 e cor nos decantadores cumpriram os limites de descarga definidos nas normas de descarga no rio Ave e no Decreto-Lei nº 236/98 em todos os ensaios. Os parâmetros cinéticos obtidos para os ensaios com descorante são os que melhor se ajustam ao projecto de uma instalação de tratamento biológico por lamas activadas do efluente da Mundotêxtil. Os valores obtidos, após ajuste, são os seguintes: k=0,015 L/(mgSSV*d); Sn=12 mg/L; a=0,7982 kgO2/kgCBO5; b=0,0233 [kgO2/(kgSSV*d); y=0,2253 kgSSV/kgCBO5; kd=0,0036 kgSSV/(kgSSV*d. Com base nos parâmetros cinéticos obtiveram-se os seguintes resultados para o projecto de uma estação de tratamento biológico por lamas activadas: · Tempo de retenção hidráulica no reactor de 1,79 d, · Volume do reactor igual a 3643 m3 · Consumo de oxigénio no reactor de 604 kg/d · Razão de recirculação igual a 0,8 · Volume total do decantador secundário igual a 540 m3 · Diâmetro do decantador secundário igual a 15 m A quantidade de oxigénio necessário é baixa e o valor mais adequado deverá ser da ordem de 1200 kg/d. Também foi efectuada uma análise aos produtos químicos consumidos pela empresa na área das tinturarias com a finalidade de identificar as substâncias com uma maior influência potencial no funcionamento da Estação de Tratamento Biológico. O encolante CB, Cera Têxtil P Líquida, Perfemina P-12, Meropan DPE-P, Meropan BRE-P, Indimina STS e Benzym TEC são os produtos químicos que têm uma influência potencial mais significativa na qualidade dos efluentes. Devido ao facto das temperaturas do efluente alimentado ao tratamento biológico da Mundotêxtil oscilarem entre 35 ºC e 43ºC efectuou-se um estudo às necessidades de água quente das tinturarias e por outro lado à capacidade de aquecimento dos efluentes disponíveis. Actualmente a racionalização dos consumos de água é cada vez mais premente, por isso também é apresentado neste trabalho um estudo para a substituição das máquinas convencionais das tinturarias com uma relação de banho 1:10 por máquinas de banho curto (1:6,5). Verifica-se a redução de consumos de 40% de água, 52% de energia eléctrica, 35% de produtos químicos, 51% das necessidades de vapor e por consequência um aumento da produtividade. A empresa pode reduzir os consumos de água em cerca de 280.000 m3/ano. A utilização do pré-tratamento com o coagulante permitirá baixar a concentração da CQO e reduzir a cor à entrada do reactor tratamento biológico. Deste modo é possível manter um tratamento eficiente à saída do tratamento biológico nas situações de descarga de cores carregadas e carga orgânica elevada. Com este conjunto de soluções, quer sejam aplicadas na totalidade ou não, a empresa Mundotêxtil pode enfrentar o futuro com mais confiança podendo estar preparada para fazer face à escassez de água e custos cada vez maiores da energia. Por outro lado pode tratar os seus efluentes a custos menores. A substituição das máquinas de tingimento por máquinas com relação de banho mais baixa (banho curto) implica investimentos elevados mas estes investimentos são necessários não só por motivos ambientais mas também devido à grande competitividade dos mercados.

How to mimic the shapes of plant tendrils on the nano and microscale: spirals and helices of electrospun liquid crystalline cellulose derivatives

We show that suspended nano and microfibres electrospun from liquid crystalline cellulosic solutions will curl into spirals if they are supported at just one end, or, if they are supported at both ends, will twist into a helix of one handedness over half of its length and of the opposite handedness over the other half, the two halves being connected by a short straight section. This latter phenomenon, known as perversion, is a consequence of the intrinsic curvature of the fibres and of a topological conservation law. Furthermore, agreement between theory and experiment can only be achieved if account is taken of the intrinsic torsion of the fibres. Precisely the same behaviour is known to be exhibited by the tendrils of climbing plants such as Passiflora edulis, albeit on a lengthscale of millimetres, i.e., three to four orders of magnitude larger than in our fibres. This suggests that the same basic, coarse-grained physical model is applicable across a range of lengthscales.

Exposure to volatile organic compounds, particulate matter and fungi in a composting plant

Composting is an important process of solid waste management and it can be used for treatment of a variety of different wastes (green waste, household waste, sewage sludge and more). This process aims to: 1. Reduce the volumes of waste and; 2. Create a valuable product which can be recycled as a soil amendment in agriculture and gardening. A natural self-heating process involving the biological degradation of organic matter under aerobic conditions. The handling of waste and compost is responsible for the release of airborne microorganisms and their compounds in the air. Possible contaminants: a) Dust; b) Mesophilic and thermophilic microorganisms; c) Volatile organic compounds; d) Endotoxins and mycotoxins…. Aim: assess exposure/contamination to: a) Volatile organic compounds (VOCs); b) Particulate matter (PM); c) Fungi. In a composting plant located in Lisbon. An additional goal was to identify the workplace with higher level of contamination. In a totally indoor composting plant. The composting operations consisted: 1º Waste already sorted is unloaded in a reception area; 2º Pretreatment - remove undesirable materials from the process (glass, rocks, plastics, metals…); 3º Anaerobic digestion; 4º Dehydration; 5º Open composting with forced aeration. All the process takes thirteen weeks.