On chaos, transient chaos and ghosts in single populations models with allee effects

Density-dependent effects, both positive or negative, can have an important impact on the population dynamics of species by modifying their population per-capita growth rates. An important type of such density-dependent factors is given by the so-called Allee effects, widely studied in theoretical and field population biology. In this study, we analyze two discrete single population models with overcompensating density-dependence and Allee effects due to predator saturation and mating limitation using symbolic dynamics theory. We focus on the scenarios of persistence and bistability, in which the species dynamics can be chaotic. For the chaotic regimes, we compute the topological entropy as well as the Lyapunov exponent under ecological key parameters and different initial conditions. We also provide co-dimension two bifurcation diagrams for both systems computing the periods of the orbits, also characterizing the period-ordering routes toward the boundary crisis responsible for species extinction via transient chaos. Our results show that the topological entropy increases as we approach to the parametric regions involving transient chaos, being maximum when the full shift R(L)(infinity) occurs, and the system enters into the essential extinction regime. Finally, we characterize analytically, using a complex variable approach, and numerically the inverse square-root scaling law arising in the vicinity of a saddle-node bifurcation responsible for the extinction scenario in the two studied models. The results are discussed in the context of species fragility under differential Allee effects. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Scaling law in Saddle-node bifurcations for one-dimensional maps: A complex variable approach

The study of transient dynamical phenomena near bifurcation thresholds has attracted the interest of many researchers due to the relevance of bifurcations in different physical or biological systems. In the context of saddle-node bifurcations, where two or more fixed points collide annihilating each other, it is known that the dynamics can suffer the so-called delayed transition. This phenomenon emerges when the system spends a lot of time before reaching the remaining stable equilibrium, found after the bifurcation, because of the presence of a saddle-remnant in phase space. Some works have analytically tackled this phenomenon, especially in time-continuous dynamical systems, showing that the time delay, tau, scales according to an inverse square-root power law, tau similar to (mu-mu (c) )(-1/2), as the bifurcation parameter mu, is driven further away from its critical value, mu (c) . In this work, we first characterize analytically this scaling law using complex variable techniques for a family of one-dimensional maps, called the normal form for the saddle-node bifurcation. We then apply our general analytic results to a single-species ecological model with harvesting given by a unimodal map, characterizing the delayed transition and the scaling law arising due to the constant of harvesting. For both analyzed systems, we show that the numerical results are in perfect agreement with the analytical solutions we are providing. The procedure presented in this work can be used to characterize the scaling laws of one-dimensional discrete dynamical systems with saddle-node bifurcations.

Properties of patchy colloidal particles close to a surface: a Monte Carlo and density functional study

We investigate the behavior of a patchy particle model close to a hard-wall via Monte Carlo simulation and density functional theory (DFT). Two DFT approaches, based on the homogeneous and inhomogeneous versions of Wertheim's first order perturbation theory for the association free energy are used. We evaluate, by simulation and theory, the equilibrium bulk phase diagram of the fluid and analyze the surface properties for two isochores, one of which is close to the liquid side of the gas-liquid coexistence curve. We find that the density profile near the wall crosses over from a typical high-temperature adsorption profile to a low-temperature desorption one, for the isochore close to coexistence. We relate this behavior to the properties of the bulk network liquid and find that the theoretical descriptions are reasonably accurate in this regime. At very low temperatures, however, an almost fully bonded network is formed, and the simulations reveal a second adsorption regime which is not captured by DFT. We trace this failure to the neglect of orientational correlations of the particles, which are found to exhibit surface induced orientational order in this regime.

Aplicação de metodologias Lean ao fabrico de elevadores

Num mercado cada vez mais competitivo, torna-se fundamental para as empresas produzirem mais com menos recursos, aumentando a eficiência interna, através da otimização dos seus processos. Neste contexto aparece o Lean Manufacturing, metodologia que tem como objetivo criar valor para os stakeholders, através da eliminação de desperdício na cadeia de valor. Este projeto descreve a análise e a formulação de soluções do processo de produção de um Módulo de Serviço, produto que faz parte do sistema elétrico de um elevador. Para análise do problema utilizamos técnicas e ferramentas lean, tais como, o value stream mapping (VSM), o diagrama de processo e o diagrama de spaghetti. Para formulação do problema usamos o value stream design (VSD), a metodologia 5S, o sistema Kanban e a criação de fluxo contínuo, através do conceito takt time, do sistema Pull, da definição do processo pacemaker, da programação nivelada (Heijunka), do conceito pitch time e da caixa de nivelamento (Heijunka Box). Com este projeto pretendemos demonstrar que a implementação de um fluxo unitário de peças através da filosofia Lean Manufacturing, acrescenta qualidade ao produto, cria flexibilidade, aumenta a produtividade, liberta áreas de produção, aumenta a segurança, reduz o custo com o stock e aumenta a motivação organizacional.

Melhoria do processo produtivo

A dissertação descreve o levantamento e otimização do processo de fabrico de uma peça plástica para um automóvel. A otimização deste processo produtivo tem em vista a rentabilização de recursos humanos, a redução de custos associados e a redução de atividades ao longo do processo, tais como armazenamento de produto semiacabado, uma vez que este deixa de existir, a eliminação de fluxos logísticos e a eliminação do posto de montagem de componentes desta peça. A metodologia utilizada neste projeto centra-se na aplicação de ferramentas que permitem a análise e melhoria de processos produtivos, tais como o diagrama de processo, o diagrama spaghetti, o PDCA, a cronometragem dos tempos por tarefa e a aplicação de uma heurística para o balanceamento do futuro posto de trabalho da peça em estudo. O diagrama de processo, o diagrama de spaghetti e a cronometragem dos tempos por tarefas mostraram o estado atual do processo produtivo. Da análise do atual estado verifica-se que existe muito desperdício de mão-de-obra nas duas estações de trabalho, injeção e montagem. A eliminação do posto de trabalho exclusivo para montagem e junção dos processos de injeção e montagem no mesmo posto de trabalho, com a aplicação de uma heurística para balanceamento do novo posto de trabalho, demonstra que os ganhos são muito significativos. A aplicação do ciclo PDCA, na base da qual está a elaboração de um plano de ações, tornará esta mudança possível e bem-sucedida. A intenção deste projeto é demonstrar que o estado atual pode sempre ser melhorado se se usarem as ferramentas corretas para análise e proposta de melhorias que trarão ganhos à empresa a curto prazo. Usando esta sugestão, a empresa poderá dar início a um novo ciclo em que o espírito de melhoria esteja presente todos os dias em toda a organização.

Analysis of the Van der Pol oscillator containing derivatives of fractional order

In this paper a modified version of the classical Van der Pol oscillator is proposed, introducing fractional-order time derivatives into the state-space model. The resulting fractional-order Van der Pol oscillator is analyzed in the time and frequency domains, using phase portraits, spectral analysis and bifurcation diagrams. The fractional-order dynamics is illustrated through numerical simulations of the proposed schemes using approximations to fractional-order operators. Finally, the analysis is extended to the forced Van der Pol oscillator.

Otimização de uma cadeia de logística interna

Atualmente qualquer organização que se queira manter no ativo, tem que obrigatoriamente inovar, reduzir o desperdício associado ao processo produtivo e simultaneamente simplificar as tarefas diárias dos seus colaboradores. E é sobre estes princípios que este trabalho é baseado, ou seja, pretende-se através da aplicação de ferramentas Lean, a melhoria contínua do processo de produção da Schmitt Elevadores. Numa fase inicial foi necessário um estudo dos diferentes fluxos de materiais, que permitiu a conceção do VSM (Value Stream Mapping). O VSM juntamente com o diagrama de Spaghetti permitiram a identificação de algumas das fontes de desperdício, relacionadas essencialmente com o excesso de movimentações. Considerando o âmbito do estágio, logística interna, e reunidas as causas de desperdício verificadas nesta área, procedeu-se à criação de um ciclo de entrega de materiais, por parte do operador logístico, baseado no conceito de milk run. Verificaram-se também problemas ao nível da gestão de stocks, pelo que também foi necessária intervenção nesta área. A aplicação das medidas mencionadas anteriormente irá traduzir-se em ganhos para o processo produtivo, nomeadamente, na criação de rotinas para os operadores logísticos; evitar deslocações por parte dos operadores de cada processo e manter em supermercado a quantidade suficiente de cada artigo, para fazer face à variabilidade da procura.

Plataforma web de informação automobilística

Esta dissertação enquadra-se no âmbito dos Sistemas de Informação, em concreto, no desenvolvimento de aplicações Web, como é o caso de um website. Com a utilização em larga escala dos meios tecnológicos tem-se verificado um crescimento exponencial dos mesmos, o que se traduz na facilidade com que podem ser encontradas na Internet diversos tipos de plataformas informáticas. Além disso, hoje em dia, uma grande parte das organizações possui o seu próprio sítio na Internet, onde procede à divulgação dos seus serviços e/ou produtos. Pretende-se com esta dissertação explorar estas novas tecnologias, nomeadamente, os diagramas UML - Unified Modeling Language e a concepção de bases de dados, e posteriormente desenvolver um website. Com o desenvolvimento deste website não se propõe a criação de uma nova tecnologia, mas o uso de diversas tecnologias em conjunto com recurso às ferramentas UML. Este encontra-se organizado em três fases principais: análise de requisitos, implementação e desenho das interfaces. Na análise de requisitos efectuou-se o levantamento dos objectivos propostos para o sistema e das necessidades/requisitos necessários à sua implementação, auxiliado essencialmente pelo Diagrama de Use Cases do sistema. Na fase de implementação foram elaborados os arquivos e directórios que formam a arquitectura lógica de acordo com os modelos descritos no Diagrama de Classes e no Diagrama de Entidade-Relação. Os requisitos identificados foram analisados e usados na composição das interfaces e sistema de navegação. Por fim, na fase de desenho das interfaces foram aperfeiçoadas as interfaces desenvolvidas, com base no conceito artístico e criativo do autor. Este aperfeiçoamento vai de encontro ao gosto pessoal e tem como objectivo elaborar uma interface que possa também agradar ao maior número possível de utilizadores. Este pode ser observado na maneira como se encontram distribuídas as ligações (links) entre páginas, nos títulos, nos cabeçalhos, nas cores e animações e no seu design em geral. Para o desenvolvimento do website foram utilizadas diferentes linguagens de programação, nomeadamente a HyperText Markup Language (HTML), a Page Hypertext Preprocessor (PHP) e Javascript. A HTML foi utilizada para a disposição de todo o conteúdo visível das páginas e para definição do layout das mesmas e a PHP para executar pequenos scripts que permitem interagir com as diferentes funcionalidades do site. A linguagem Javascript foi usada para definir o design das páginas e incluir alguns efeitos visuais nas mesmas. Para a construção das páginas que compõem o website foi utilizado o software Macromedia Dreamweaver, o que simplificou a sua implementação pela facilidade com que estas podem ser construídas. Para interacção com o sistema de gestão da base de dados, o MySQL, foi utilizada a aplicação phpMyAdmin, que simplifica o acesso à base de dados, permitindo definir, manipular e consultar os seus dados.

Levantamento elétrico e análise de equipamento para acabamento térmico e químico de telas para pneus

Esta dissertação surge da necessidade da empresa Continental - Indústria Têxtil do Ave S.A. – grupo Continental Mabor atualizar os esquemas elétricos de uma máquina para acabamento térmico e químico de telas para pneus. Esta máquina (Zell) é crucial no seu processo produtivo e foi ao longo dos anos sofrendo sucessivas atualizações no sentido de melhorar o seu processo de produção. Existiam já, esquemas elétricos da máquina realizados em EPLAN no entanto não foram acompanhando as sucessivas alterações sofridas pela mesma. Deste modo, torna-se assim necessário não só produzir um suporte digital desses mesmos esquemas como também proceder à sua atualização. Ao longo desta dissertação o leitor pode obter informações relativas à Zell e ao processo de análise, estudo e documentação dos seus quadros elétricos em software EPLAN Electric P8. São ainda abordadas técnicas de leitura e desenho em EPLAN e descritas algumas das funcionalidade que este permite. É abordada a base de dados criada com informações relativas à máquina tais como características dos seus motores, variadores de frequência e localização dos quadros elétricos ao longo dos pisos que a compõe. No âmbito desta dissertação foi redigido o “Manual da Máquina de Impregnar Zell” e neste relatório abordam-se os principais tópicos que o compõe. Com a atualização dos esquemas tornou-se necessário proceder à identificação de diversos componentes na máquina. Esse processo de identificação é também aqui retratado. O leitor pode por fim obter informações de como realizar um processo de troca de variadores de frequência da marca ABB de diferentes gamas tendo em consideração as ligações em causa para o fazer. Pretende-se assim que o leitor fique com uma noção geral das diferentes vertentes que foram abordadas neste trabalho realizado sob a forma de um estágio com duração de seis meses no seio desta indústria.

"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.

Consumo inteligente de energia elétrica

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Redes de Comunicação e Multimédia

Mathematical model for HIV dynamics in HIV-specific helper cells

In this paper we study a delay mathematical model for the dynamics of HIV in HIV-specific CD4 + T helper cells. We modify the model presented by Roy and Wodarz in 2012, where the HIV dynamics is studied, considering a single CD4 + T cell population. Non-specific helper cells are included as alternative target cell population, to account for macrophages and dendritic cells. In this paper, we include two types of delay: (1) a latent period between the time target cells are contacted by the virus particles and the time the virions enter the cells and; (2) virus production period for new virions to be produced within and released from the infected cells. We compute the reproduction number of the model, R0, and the local stability of the disease free equilibrium and of the endemic equilibrium. We find that for values of R0<1, the model approaches asymptotically the disease free equilibrium. For values of R0>1, the model approximates asymptotically the endemic equilibrium. We observe numerically the phenomenon of backward bifurcation for values of R0⪅1. This statement will be proved in future work. We also vary the values of the latent period and the production period of infected cells and free virus. We conclude that increasing these values translates in a decrease of the reproduction number. Thus, a good strategy to control the HIV virus should focus on drugs to prolong the latent period and/or slow down the virus production. These results suggest that the model is mathematically and epidemiologically well-posed.

New findings on the dynamics of HIV and TB coinfection models

In this paper we study a model for HIV and TB coinfection. We consider the integer order and the fractional order versions of the model. Let α∈[0.78,1.0] be the order of the fractional derivative, then the integer order model is obtained for α=1.0. The model includes vertical transmission for HIV and treatment for both diseases. We compute the reproduction number of the integer order model and HIV and TB submodels, and the stability of the disease free equilibrium. We sketch the bifurcation diagrams of the integer order model, for variation of the average number of sexual partners per person and per unit time, and the tuberculosis transmission rate. We analyze numerical results of the fractional order model for different values of α, including α=1. The results show distinct types of transients, for variation of α. Moreover, we speculate, from observation of the numerical results, that the order of the fractional derivative may behave as a bifurcation parameter for the model. We conclude that the dynamics of the integer and the fractional order versions of the model are very rich and that together these versions may provide a better understanding of the dynamics of HIV and TB coinfection.

Exciting dynamical behavior in a network of two coupled rings of Chen oscillators

We study exotic patterns appearing in a network of coupled Chen oscillators. Namely, we consider a network of two rings coupled through a “buffer” cell, with Z3×Z5 symmetry group. Numerical simulations of the network reveal steady states, rotating waves in one ring and quasiperiodic behavior in the other, and chaotic states in the two rings, to name a few. The different patterns seem to arise through a sequence of Hopf bifurcations, period-doubling, and halving-period bifurcations. The network architecture seems to explain certain observed features, such as equilibria and the rotating waves, whereas the properties of the chaotic oscillator may explain others, such as the quasiperiodic and chaotic states. We use XPPAUT and MATLAB to compute numerically the relevant states.

Generalization of Wertheim's theory for the assembly of various types of rings

We generalize Wertheim's first order perturbation theory to account for the effect in the thermodynamics of the self-assembly of rings characterized by two energy scales. The theory is applied to a lattice model of patchy particles and tested against Monte Carlo simulations on a fcc lattice. These particles have 2 patches of type A and 10 patches of type B, which may form bonds AA or AB that decrease the energy by epsilon(AA) and by epsilon(AB) = r epsilon(AA), respectively. The angle theta between the 2 A-patches on each particle is fixed at 601, 90 degrees or 120 degrees. For values of r below 1/2 and above a threshold r(th)(theta) the models exhibit a phase diagram with two critical points. Both theory and simulation predict that rth increases when theta decreases. We show that the mechanism that prevents phase separation for models with decreasing values of theta is related to the formation of loops containing AB bonds. Moreover, we show that by including the free energy of B-rings ( loops containing one AB bond), the theory describes the trends observed in the simulation results, but that for the lowest values of theta, the theoretical description deteriorates due to the increasing number of loops containing more than one AB bond.