Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

The bubbles or the boiling pot?: an ecosystemic approach to culture, environment and quality of life

For the diagnosis and prognosis of the problems of quality of life, a multidisciplinary ecosystemic approach encompasses four dimensions of being-in-the-world, as donors and recipients: intimate, interactive, social and biophysical. Social, cultural and environmental vulnerabilities are understood and dealt with, in different circumstances of space and time, as the conjugated effect of all dimensions of being-in-the-world, as they induce the events (deficits and assets), cope with consequences (desired or undesired) and contribute for change. Instead of fragmented and reduced representations of reality, diagnosis and prognosis of cultural, educational, environmental and health problems considers the connections (assets) and ruptures (deficits) between the different dimensions, providing a planning model to develop and evaluate research, teaching programmes, public policies and field projects. The methodology is participatory, experiential and reflexive; heuristic-hermeneutic processes unveil cultural and epistemic paradigms that orient subject-object relationships; giving people the opportunity to reflect on their own realities, engage in new experiences and find new ways to live better in a better world. The proposal is a creative model for thought and practice, providing many opportunities for discussion, debate and development of holistic projects integrating different scientific domains (social sciences, psychology, education, philosophy, etc.)

Study of grapevine solute transporters involved in berry quality. A biochemical and molecular approach

Tese de Doutoramento em Biologia de Plantas

Phylogeny and circumscription of Sapindaceae revisited: molecular sequence data, morphology and biogeography support recognition of a new family, Xanthoceraceae

Background and aims Recent studies have adopted a broad definition of Sapindaceae that includes taxa traditionally placed in Aceraceae and Hippocastanaceae, achieving monophyly but yielding a family difficult to characterize and for which no obvious morphological synapomorphy exists. This expanded circumscription was necessitated by the finding that the monotypic, temperate Asian genus Xanthoceras, historically placed in Sapindaceae tribe Harpullieae, is basal within the group. Here we seek to clarify the relationships of Xanthoceras based on phylogenetic analyses using a dataset encompassing nearly 3/4 of sapindaceous genera, comparing the results with information from morphology and biogeography, in particular with respect to the other taxa placed in Harpullieae. We then re-examine the appropriateness of maintaining the current broad, morphologically heterogeneous definition of Sapindaceae and explore the advantages of an alternative family circumscription. Methods Using 243 samples representing 104 of the 142 currently recognized genera of Sapindaceae s. lat. (including all in Harpullieae), sequence data were analyzed for nuclear (ITS) and plastid (matK, rpoB, trnD-trnT, trnK-matK, trnL-trnF and trnS-trnG) markers, adopting the methodology of a recent family-wide study, performing single-gene and total evidence analyses based on maximum likelihood (ML) and maximum parsimony (MP) criteria, and applying heuristic searches developed for large datasets, viz, a new strategy implemented in RAxML (for ML) and the parsimony ratchet (for MP). Bootstrap analyses were performed for each method to test for congruence between markers. Key results Our findings support earlier suggestions that Harpullieae are polyphyletic: Xanthoceras is confirmed as sister to all other sampled taxa of Sapindaceae s. lat.; the remaining members belong to three other clades within Sapindaceae s. lat., two of which correspond respectively to the groups traditionally treated as Aceraceae and Hippocastanaceae, together forming a clade sister to the largely tropical Sapindaceae s. str., which is monophyletic and morphologically coherent provided Xanthoceras is excluded. Conclusion To overcome the difficulties of a broadly circumscribed Sapindaceae, we resurrect the historically recognized temperate families Aceraceae and Hippocastanaceae, and describe a new family, Xanthoceraceae, thus adopting a monophyletic and easily characterized circumscription of Sapindaceae nearly identical to that used for over a century.

Chemical defenses in Sacoglossan Opisthobranchs: Taxonomic trends and evolutionary implications

Sacoglossan sea slugs (Mollusca: Opisthobranchia) are one of the few groups of specialist herbivores in the marine environment. Sacoglossans feed suctorially on the cell sap of macroalgae, from which they 'steal' chloroplasts (kleptoplasty) and deterrent substances (kleptochemistry), retaining intracellularly both host plastids and chemicals. The ingested chloroplasts continue to photosynthesize for periods ranging from a few hours or days up to 3 months in some species. Shelled, more primitive sacoglossans feed only on the siphonalean green algal genus Caulerpa, and they do not have functional kleptoplasty. The diet of sacoglossans has radiated out from this ancestral food. Among the shell-less Plakobranchidae (=Elysiidae), the more primitive species feed on other siphonales (families Derbesiaceae, Caulerpaceae, Bryopsidaceae and Codiaceae) and fix carbon, while the more 'advanced' species within the Plakobranchidae and Limapontioidae have a more broad dietary range. Most of these 'advanced' species are unable to fix carbon because the chloroplasts of their food algae are mechanically disrupted during ingestion. Mesoherbivores are likely to be eaten if they live on palatable seaweeds, their cryptic coloration and form not always keeping them safe from predators. Sacoglossans prefer to live on and eat chemically defended seaweeds, and they use ingested algal chemicals as deterrents of potential predators. The most ancestral shelled sacoglossans (Oxynoidae) and some Plakobranchidae such as Elysia translucens, Thuridilla hopei and Bosellia mimetica have developed a diet-derived chemical defense mechanism. Oxynoids and Thuridilla hopei are able to biomodify the algal metabolites. However, the Plakobranchidae Elysia timida and E. viridis, together with Limapontioidea species, are characterized by their ability to de novo synthesize polypropionate metabolites. A whole analysis of kleptoplasty and chemical defenses in sacoglossans may offer a better understanding of the ecology and evolution of these specialized opisthobranchs. In this paper we summarize some of the latest findings, related mainly to Mediterranean species, and offer a plausible evolutionary scenario based on the biological and chemical trends we can distinguish in them.

Impacts and Detection of Design Smells

Les changements sont faits de façon continue dans le code source des logiciels pour prendre en compte les besoins des clients et corriger les fautes. Les changements continus peuvent conduire aux défauts de code et de conception. Les défauts de conception sont des mauvaises solutions à des problèmes récurrents de conception ou d’implémentation, généralement dans le développement orienté objet. Au cours des activités de compréhension et de changement et en raison du temps d’accès au marché, du manque de compréhension, et de leur expérience, les développeurs ne peuvent pas toujours suivre les normes de conception et les techniques de codage comme les patrons de conception. Par conséquent, ils introduisent des défauts de conception dans leurs systèmes. Dans la littérature, plusieurs auteurs ont fait valoir que les défauts de conception rendent les systèmes orientés objet plus difficile à comprendre, plus sujets aux fautes, et plus difficiles à changer que les systèmes sans les défauts de conception. Pourtant, seulement quelques-uns de ces auteurs ont fait une étude empirique sur l’impact des défauts de conception sur la compréhension et aucun d’entre eux n’a étudié l’impact des défauts de conception sur l’effort des développeurs pour corriger les fautes. Dans cette thèse, nous proposons trois principales contributions. La première contribution est une étude empirique pour apporter des preuves de l’impact des défauts de conception sur la compréhension et le changement. Nous concevons et effectuons deux expériences avec 59 sujets, afin d’évaluer l’impact de la composition de deux occurrences de Blob ou deux occurrences de spaghetti code sur la performance des développeurs effectuant des tâches de compréhension et de changement. Nous mesurons la performance des développeurs en utilisant: (1) l’indice de charge de travail de la NASA pour leurs efforts, (2) le temps qu’ils ont passé dans l’accomplissement de leurs tâches, et (3) les pourcentages de bonnes réponses. Les résultats des deux expériences ont montré que deux occurrences de Blob ou de spaghetti code sont un obstacle significatif pour la performance des développeurs lors de tâches de compréhension et de changement. Les résultats obtenus justifient les recherches antérieures sur la spécification et la détection des défauts de conception. Les équipes de développement de logiciels doivent mettre en garde les développeurs contre le nombre élevé d’occurrences de défauts de conception et recommander des refactorisations à chaque étape du processus de développement pour supprimer ces défauts de conception quand c’est possible. Dans la deuxième contribution, nous étudions la relation entre les défauts de conception et les fautes. Nous étudions l’impact de la présence des défauts de conception sur l’effort nécessaire pour corriger les fautes. Nous mesurons l’effort pour corriger les fautes à l’aide de trois indicateurs: (1) la durée de la période de correction, (2) le nombre de champs et méthodes touchés par la correction des fautes et (3) l’entropie des corrections de fautes dans le code-source. Nous menons une étude empirique avec 12 défauts de conception détectés dans 54 versions de quatre systèmes: ArgoUML, Eclipse, Mylyn, et Rhino. Nos résultats ont montré que la durée de la période de correction est plus longue pour les fautes impliquant des classes avec des défauts de conception. En outre, la correction des fautes dans les classes avec des défauts de conception fait changer plus de fichiers, plus les champs et des méthodes. Nous avons également observé que, après la correction d’une faute, le nombre d’occurrences de défauts de conception dans les classes impliquées dans la correction de la faute diminue. Comprendre l’impact des défauts de conception sur l’effort des développeurs pour corriger les fautes est important afin d’aider les équipes de développement pour mieux évaluer et prévoir l’impact de leurs décisions de conception et donc canaliser leurs efforts pour améliorer la qualité de leurs systèmes. Les équipes de développement doivent contrôler et supprimer les défauts de conception de leurs systèmes car ils sont susceptibles d’augmenter les efforts de changement. La troisième contribution concerne la détection des défauts de conception. Pendant les activités de maintenance, il est important de disposer d’un outil capable de détecter les défauts de conception de façon incrémentale et itérative. Ce processus de détection incrémentale et itérative pourrait réduire les coûts, les efforts et les ressources en permettant aux praticiens d’identifier et de prendre en compte les occurrences de défauts de conception comme ils les trouvent lors de la compréhension et des changements. Les chercheurs ont proposé des approches pour détecter les occurrences de défauts de conception, mais ces approches ont actuellement quatre limites: (1) elles nécessitent une connaissance approfondie des défauts de conception, (2) elles ont une précision et un rappel limités, (3) elles ne sont pas itératives et incrémentales et (4) elles ne peuvent pas être appliquées sur des sous-ensembles de systèmes. Pour surmonter ces limitations, nous introduisons SMURF, une nouvelle approche pour détecter les défauts de conception, basé sur une technique d’apprentissage automatique — machines à vecteur de support — et prenant en compte les retours des praticiens. Grâce à une étude empirique portant sur trois systèmes et quatre défauts de conception, nous avons montré que la précision et le rappel de SMURF sont supérieurs à ceux de DETEX et BDTEX lors de la détection des occurrences de défauts de conception. Nous avons également montré que SMURF peut être appliqué à la fois dans les configurations intra-système et inter-système. Enfin, nous avons montré que la précision et le rappel de SMURF sont améliorés quand on prend en compte les retours des praticiens.

The bubbles or the boiling pot? An ecosystemic approach to culture, environment and quality of life

For the diagnosis and prognosis of the problems of quality of life, a multidisciplinary ecosystemic approach encompasses four dimensions of being-in-the-world, as donors and recipients: intimate, interactive, social and biophysical. Social, cultural and environmental vulnerabilities are understood and dealt with, in different circumstances of space and time, as the conjugated effect of all dimensions of being-in-the-world, as they induce the events (deficits and assets), cope with consequences (desired or undesired) and contribute for change. Instead of fragmented and reduced representations of reality, diagnosis and prognosis of cultural, educational, environmental and health problems considers the connections (assets) and ruptures (deficits) between the different dimensions, providing a planning model to develop and evaluate research, teaching programmes, public policies and field projects. The methodology is participatory, experiential and reflexive; heuristic-hermeneutic processes unveil cultural and epistemic paradigms that orient subject-object relationships; giving people the opportunity to reflect on their own realities, engage in new experiences and find new ways to live better in a better world. The proposal is a creative model for thought and practice, providing many opportunities for discussion, debate and development of holistic projects integrating different scientific domains (social sciences, psychology, education, philosophy, etc.).

A Lagrangian relaxation approach to a coupled lot-sizing and cutting stock problem

Industrial production processes involving both lot-sizing and cutting stock problems are common in many industrial settings. However, they are usually treated in a separate way, which could lead to costly production plans. In this paper, a coupled mathematical model is formulated and a heuristic method based on Lagrangian relaxation is proposed. Computational results prove its effectiveness. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

NUCEL (Cell and Molecular Therapy Center): A multidisciplinary center for translational research in Brazil

Social and economical development is closely associated with technological innovation and a well-developed biotechnological industry. In the last few years, Brazil`s scientific production has been steadily increasing; however, the number of patents is lagging behind, with technological and translational research requiring governmental incentive and reinforcement. The Cell and Molecular Therapy Center (NUCEL) was created to develop activities in the translational research field, addressing concrete problems found in biomedical and veterinary areas and actively searching for solutions by employing a genetic engineering approach to generate cell lines over-expressing recombinant proteins to be transferred to local biotech companies, aiming at furthering the development of a national competence for local production of biopharmaceuticals of widespread use and of life-saving importance. To this end, mammalian cell engineering technologies were used to generate cell lines over-expressing several different recombinant proteins of biomedical and biotechnological interest, namely, recombinant human Amylin/IAPP for diabetes treatment, human FVIII and FIX clotting factors for hemophilia, human and bovine FSH for fertility and reproduction, and human bone repair proteins (BMPs). Expression of some of these proteins is also being sought with the baculovirus/insect cell system (BEVS) which, in many cases, is able to deliver high-yield production of recombinant proteins with biological activity comparable to that of mammalian systems, but in a much more cost-effective manner. Transfer of some of these recombinant products to local Biotech companies has been pursued by taking advantage of the Sao Paulo State Foundation (FAPESP) and Federal Government (FINEP, CNPq) incentives for joint Research Development and Innovation partnership projects.

Train Dispatching: Heuristic Optimization

Train dispatchers faces lots of challenges due to conflicts which causes delays of trains as a result of solving possible dispatching problems the network faces. The major challenge is for the train dispatchers to make the right decision and have reliable, cost effective and much more faster approaches needed to solve dispatching problems. This thesis work provides detail information on the implementation of different heuristic algorithms for train dispatchers in solving train dispatching problems. The library data files used are in xml file format and deals with both single and double tracks between main stations. The main objective of this work is to build different heuristic algorithms to solve unexpected delays faced by train dispatchers and to help in making right decisions on steps to take to have reliable and cost effective solution to the problems. These heuristics algorithms proposed were able to help dispatchers in making right decisions when solving train dispatching problems.

A Lagrangian relaxation approach to a coupled lot-sizing and cutting stock problem

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Optimal conductor size selection and reconductoring in radial distribution systems using a mixed-integer LP approach

This paper presents a mixed-integer linear programming model to solve the conductor size selection and reconductoring problem in radial distribution systems. In the proposed model, the steady-state operation of the radial distribution system is modeled through linear expressions. The use of a mixed-integer linear model guarantees convergence to optimality using existing optimization software. The proposed model and a heuristic are used to obtain the Pareto front of the conductor size selection and reconductoring problem considering two different objective functions. The results of one test system and two real distribution systems are presented in order to show the accuracy as well as the efficiency of the proposed solution technique. © 1969-2012 IEEE.

A hybrid multi-population genetic algorithm applied to solve the multi-level capacitated lot sizing problem with backlogging

The present paper proposes a new hybrid multi-population genetic algorithm (HMPGA) as an approach to solve the multi-level capacitated lot sizing problem with backlogging. This method combines a multi-population based metaheuristic using fix-and-optimize heuristic and mathematical programming techniques. A total of four test sets from the MULTILSB (Multi-Item Lot-Sizing with Backlogging) library are solved and the results are compared with those reached by two other methods recently published. The results have shown that HMPGA had a better performance for most of the test sets solved, specially when longer computing time is given. © 2012 Elsevier Ltd.

Jarrow-Yildirim model for inflation: theory and applications

This thesis deals with inflation theory, focussing on the model of Jarrow & Yildirim, which is nowadays used when pricing inflation derivatives. After recalling main results about short and forward interest rate models, the dynamics of the main components of the market are derived. Then the most important inflation-indexed derivatives are explained (zero coupon swap, year-on-year, cap and floor), and their pricing proceeding is shown step by step. Calibration is explained and performed with a common method and an heuristic and non standard one. The model is enriched with credit risk, too, which allows to take into account the possibility of bankrupt of the counterparty of a contract. In this context, the general method of pricing is derived, with the introduction of defaultable zero-coupon bonds, and the Monte Carlo method is treated in detailed and used to price a concrete example of contract. Appendixes: A: martingale measures, Girsanov's theorem and the change of numeraire. B: some aspects of the theory of Stochastic Differential Equations; in particular, the solution for linear EDSs, and the Feynman-Kac Theorem, which shows the connection between EDSs and Partial Differential Equations. C: some useful results about normal distribution.

Models and Algorihtm for the Optimization of Real-World Routing and Logistics Problems

Logistics involves planning, managing, and organizing the flows of goods from the point of origin to the point of destination in order to meet some requirements. Logistics and transportation aspects are very important and represent a relevant costs for producing and shipping companies, but also for public administration and private citizens. The optimization of resources and the improvement in the organization of operations is crucial for all branches of logistics, from the operation management to the transportation. As we will have the chance to see in this work, optimization techniques, models, and algorithms represent important methods to solve the always new and more complex problems arising in different segments of logistics. Many operation management and transportation problems are related to the optimization class of problems called Vehicle Routing Problems (VRPs). In this work, we consider several real-world deterministic and stochastic problems that are included in the wide class of the VRPs, and we solve them by means of exact and heuristic methods. We treat three classes of real-world routing and logistics problems. We deal with one of the most important tactical problems that arises in the managing of the bike sharing systems, that is the Bike sharing Rebalancing Problem (BRP). We propose models and algorithms for real-world earthwork optimization problems. We describe the 3DP process and we highlight several optimization issues in 3DP. Among those, we define the problem related to the tool path definition in the 3DP process, the 3D Routing Problem (3DRP), which is a generalization of the arc routing problem. We present an ILP model and several heuristic algorithms to solve the 3DRP.