Gráficos de controle adaptativos para monitoramento de perfis

Processos de produção precisam ser avaliados continuamente para que funcionem de modo mais eficaz e eficiente possível. Um conjunto de ferramentas utilizado para tal finalidade é denominado controle estatístico de processos (CEP). Através de ferramentas do CEP, o monitoramento pode ser realizado periodicamente. A ferramenta mais importante do CEP é o gráfico de controle. Nesta tese, foca-se no monitoramento de uma variável resposta, por meio dos parâmetros ou coeficientes de um modelo de regressão linear simples. Propõe-se gráficos de controle χ2 adaptativos para o monitoramento dos coeficientes do modelo de regressão linear simples. Mais especificamente, são desenvolvidos sete gráficos de controle χ2 adaptativos para o monitoramento de perfis lineares, a saber: gráfico com tamanho de amostra variável; intervalo de amostragem variável; limites de controle e de advertência variáveis; tamanho de amostra e intervalo de amostragem variáveis; tamanho de amostra e limites variáveis; intervalo de amostragem e limites variáveis e por fim, com todos os parâmetros de projeto variáveis. Medidas de desempenho dos gráficos propostos foram obtidas através de propriedades de cadeia de Markov, tanto para a situação zero-state como para a steady-state, verificando-se uma diminuição do tempo médio até um sinal no caso de desvios pequenos a moderados nos coeficientes do modelo de regressão do processo de produção. Os gráficos propostos foram aplicados a um exemplo de um processo de fabricação de semicondutores. Além disso, uma análise de sensibilidade dos mesmos é feita em função de desvios de diferentes magnitudes nos parâmetros do processo, a saber, no intercepto e na inclinação, comparando-se o desempenho entre os gráficos desenvolvidos e também com o gráfico χ2 com parâmetros fixos. Os gráficos propostos nesta tese são adequados para vários tipos de aplicações. Neste trabalho também foi considerado características de qualidade as quais são representadas por um modelo de regressão não-linear. Para o modelo de regressão não-linear considerado, a proposta é utilizar um método que divide o perfil não-linear em partes lineares, mais especificamente, um algoritmo para este fim, proposto na literatura, foi utilizado. Desta forma, foi possível validar a técnica proposta, mostrando que a mesma é robusta no sentido que permite tipos diferentes de perfis não-lineares. Aproxima-se, portanto um perfil não-linear por perfis lineares por partes, o que proporciona o monitoramento de cada perfil linear por gráficos de controle, como os gráficos de controle desenvolvidos nesta tese. Ademais apresenta-se a metodologia de decompor um perfil não-linear em partes lineares de forma detalhada e completa, abrindo espaço para ampla utilização.

Planejamento de recursos hídricos de áreas rurais degradadas: aplicação do modelo SWAT em bacia hidrográfica experimental na região Noroeste do Estado do Rio de Janeiro.

A degradação ambiental do Noroeste do Estado do Rio de Janeiro tem se intensificado nas últimas décadas devido às práticas agrícolas não preservacionistas. Esta situação, que decorre do uso inadequado do solo, tem implicado em mudanças na oferta hídrica em grau variável nos municípios da região com prejuízos econômicos nas atividades dos pequenos e médios proprietários rurais e na qualidade de vida. A abordagem para enfrentar problemas deste tipo depende da participação efetiva das instâncias de governo e dos órgãos responsáveis pela gestão dos recursos hídricos. No âmbito da hidrologia os modelos hidrológicos com base no uso e ocupação do solo são ferramentas que podem auxiliar com ótimo custo e benefício a geração de informações em bacias hidrográficas, instrumentadas ou não. Os modelos são úteis ao planejamento e à tomada de decisão por possibilitarem a previsão de vazões e simulação de cenários sobre o uso do solo e qualidade da água. Neste sentido, o presente estudo pretende dar sua contribuição ao avaliar a adequabilidade do modelo SWAT simular o processo chuva-vazão na microbacia experimental de Santa Maria e Cambiocó, com 13,5 km2, localizada na região hidrográfica do rio Muriaé, afluente do rio Paraíba do Sul. O SWAT tem sido empregado em bacias agrícolas nos EUA, na Europa e, atualmente, na China, sudeste asiático e Irã, entre outros países, e na última década maior inserção no meio acadêmico brasileiro. A versão 2005 do modelo foi utilizada por meio da sua interface SIG para simular as vazões médias diárias com base na precipitação medida no intervalo de 15 minutos no período de 2005/2006. As vazões simuladas foram comparadas com as vazões observadas no exutório da microbacia. Foram testadas as ferramentas de análise de sensibilidade e autocalibração. O método de calibração manual foi usado para o ajuste por tentativa e erro. Os parâmetros ajustados corresponderam ao CN2 e ESCO. Os valores obtidos na calibração para os coeficientes estatísticos R2, NSE, PBIAS e RSR foram 0,80, 0,80, 7,02 e 0,45, respectivamente, indicando escore muito bom, o que foi confirmado pela inspeção dos hidrogramas. As saídas validadas para período diferente da calibração forneceram para os mesmos coeficientes os valores 0,84, 0,80, 25,92 e 0,44. Os dois primeiros, com escore muito bom. O valor de PBIAS, no limite do satisfatório, e RSR, muito bom. O desempenho permitiu concluir que a simulação com o SWAT foi adequada. Em relação às pesquisas que têm sido realizadas no Brasil os valores obtidos para os indicadores foram semelhantes, indicando a capacidade do modelo para novos estudos nesta microbacia que considerem os usos consuntivos e cenários de uso do solo.

Untrawlable Bottom in Shrimp Statistical Zones of the Northwest Gulf of Mexico

The Gulf of Mexico Fisheries Management Council tasked the National Marine Fisheries Service with determining the extent, if any, of loss oft rawlable bottom in the Gulf of Mexico based upon fishing industry concerns. There are approximately 31 million hectares in the 21 shrimp statistical zones in the Gulf, approximately 23 million hectares of waters that are <35 fathoms (where most shrimp trawling effort occurs), and approximately 11 million hectares in zones 10-21, <35f athoms, which were examined. There are 31,338 known hangs, snags, artificial reefs, hazards to navigation, oil rigs, and similar obstructions which cause trawling to be unfeasible in these zones. There are several refuge (i.e. untrawlable) areas associated with the Alabama Artificial Reefs. Conservatively assuming 1 hectare for each known obstruction, coupled with the known area of each refuge, the estimate of total untrawlable bottom in zones 10-21 less than 35 fathoms in the Gulf is 185,953 hectares, or roughly 1.7% of this total trawlable area. Sensitivity analysis demonstrated the robustness of this assumption, with a range of 0.3-4.3% possible. In specific shrimp zones, untrawlable area is much less than 1% except in zones 10 (26%) and 11(2.5%), both of which possess a refuge. Other than the implementation periods of these refugia, no temporal trends were detectable with respect to the amount of untrawlable bottom.

Aplicação do modelo hidrológico SWMM na gestão das águas pluviais urbanas: estudo de caso da bacia hidrográfica do Rio Morto, Rio de Janeiro.

O crescimento da população e dos núcleos urbanos durante o século XX, sobretudo nos países em desenvolvimento, contribuiu para o aumento das áreas impermeáveis das bacias hidrográficas, com impactos importantes nos sistemas de drenagem urbana e na ocorrência de enchentes associadas. As enchentes trazem prejuízos materiais, na saúde e sociais. Recentemente, têm sido propostas práticas conservacionistas e medidas compensatórias, que buscam contribuir para o controle das enchentes urbanas, através do retardo do pico e amortecimento dos hidrogramas. Modelos matemáticos hidrológicos-hidráulicos permitem a simulação da adoção destas medidas de controle, demonstrando e otimizando sua localização. Esta dissertação apresenta os resultados da aplicação do modelo hidrológico Storm Water Management Model (SWMM) à bacia hidrográfica de estudo e representativa do rio Morto localizada em área peri-urbana em Jacarepaguá na cidade do Rio de Janeiro, com área de 9,41 km. O processamento do modelo SWMM foi realizado com o apoio da interface Storm and Sanitary Analysis (SSA), integrada ao sistema AutoCAD Civil 3D. Além da verificação da adequabilidade do modelo à representação dos sistemas hidrológico e hidráulico na bacia, foram desenvolvidos estudos para dois cenários como medidas de controle de enchentes: cenário 1, envolvendo implantação de um reservatório de detenção e, cenário 2, considerando a implantação de reservatórios de águas pluviais nos lotes. Os hidrogramas resultantes foram comparados ao hidrograma resultante da simulação nas condições atuais. Além disso, foram avaliados os custos associados a cada um dos cenários usando o sistema de orçamento da Empresa Rio Águas da PCRJ. Nas simulações foram adotadas a base cartográfica, e os dados climatológicos e hidrológicos previamente observados no contexto do projeto HIDROCIDADES, Rede de Pesquisa BRUM/FINEP, na qual este estudo se insere. Foram representados os processos de geração e propagação do escoamento superficial e de base. Durante o processo de calibração, realizou-se a análise de sensibilidade dos parâmetros, resultando como parâmetros mais sensíveis os relativos às áreas impermeáveis, especialmente o percentual de área impermeável da bacia (Ai). A calibração foi realizada através do ajuste manual de sete parâmetros do escoamento superficial e cinco do escoamento de base para três eventos. Foram obtidos coeficientes de determinação entre 0,52 e 0,64, e a diferença entre os volumes escoados e observados entre 0,60% e 4,96%. Para a validação do modelo foi adotado um evento pluviométrico excepcional observado na cidade em abril de 2010, que à época causou enchentes e grandes transtornos na cidade. Neste caso, o coeficiente de determinação foi igual a 0,78 e a diferença entre volumes foi de 15%. As principais distorções entre hidrogramas observados e simulados foram verificados para as vazões máximas. Em ambos os cenários as enchentes foram controladas. A partir destes estudos, pôde-se concluir que o melhor custo-benefício foi o cenário 2. Para este cenário, foi observado maiores amortecimento e retardo da vazão de pico do hidrograma, igual a 21,51% da vazão simulada para as condições atuais da bacia. Os custos de implantação orçados para os reservatórios de lote ficaram 52% a menos do que o do reservatório de detenção.

Custo-efetividade da prova tuberculínica versus QuantiFERON-TB Gold-In-Tube no diagnóstico e tratamento da infecção latente tuberculosa em profissionais de saúde da Atenção Básica no Brasil.

Os profissionais da área da saúde formam um dos grupos mais vulneráveis à infecção pelo Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Segundo estimativas da Organização Mundial de Saúde (OMS), 8,8 milhões de pessoas estavam infectadas pelo Mtb e ocorreram 1,4 milhão de óbitos por tuberculose (TB) em 2010. A identificação de pessoas com Infecção Latente Tuberculosa (ILTB) é considerada pela OMS como uma prioridade no controle da doença, especialmente em países em desenvolvimento em que a incidência da doença ativa tem apresentado redução. O objetivo do presente trabalho foi avaliar, no Brasil, o custo-efetividade dos testes Prova Tuberculínica (PT) e Quantiferon TB Gold-In-Tube (QTF-GIT) no diagnóstico e tratamento da ILTB em profissionais de saúde atuantes na atenção básica, sob a perspectiva do Sistema Único de Saúde (SUS), comparando cinco estratégias que incluem o QTF-GIT, distintos pontos de corte para a PT e uso sequencial dos dois testes; e analisar o impacto do tabagismo sobre o risco de ILTB entre os profissionais de saúde, destacando-se a categoria da Enfermagem. Foi realizada uma avaliação econômica completa do tipo custo-efetividade, conduzida considerando uma coorte hipotética de 10.000 profissionais de saúde atuantes na atenção básica, com horizonte temporal restrito a um ano. Um modelo analítico de decisão, caracterizado por uma árvore de probabilidades de eventos, foi desenvolvido utilizando o software TreeAge ProTM 2013 para simular os resultados clínicos e impactos econômicos em saúde da nova tecnologia diagnóstica (QTF-GIT) versus a PT tradicional. Esse modelo simulou cinco estratégias diagnósticas para detecção e tratamento da ILTB: (a) PT, usando ponto de corte de 5mm; (b) PT, usando ponto de corte de 10 mm; (c) teste QTF-GIT; (d) PT, com ponto de corte de 5mm, seguida de teste QTF-GIT quando PT positiva; (e) PT, com ponto de corte de 10mm, seguida de teste QTF-GIT quando PT positiva. Foi realizada análise de sensibilidade determinística univariada. Na determinação dos fatores associados à ILTB, foi elaborado um modelo de regressão logística múltipla com seleção hierarquizada, utilizando o software Stata. A estratégia mais custo-efetiva foi a PT no ponto de corte ≥10mm, considerando como medida de desfecho tanto o número de indivíduos corretamente classificados pelos testes assim como o número de casos de TB evitados. A utilização isolada do QTF-GIT revelou-se a estratégia de menor eficiência, com RCEI= R$ 343,24 por profissional corretamente classificado pelo teste. Encontrou-se risco à ILTB significantemente maior para sexo masculino [OR=1,89; IC 95%:1,11-3,20], idade ≥ 41 anos [OR=1,56; IC 95%: 1.09-2,22], contato próximo com familiar com TB [OR=1,55; IC 95%: 1.02-2,36], status do tabagismo fumante [OR=1,75; IC 95%: 1.03-2,98] e categoria profissional da Enfermagem [OR=1,44; IC 95%: 1.02-2,03]. Concluiu-se que a PT no ponto de corte de 10mm é a estratégia diagnóstica mais custo-efetiva para ILTB entre os profissionais de saúde na atenção básica e que a ILTB está associada ao hábito do tabagismo e à categoria profissional de Enfermagem.

Avaliação do custo-efetividade da incorporação do Espectômetro de Massa em Tandem no Programa Nacional de Triagem Neonatal no Brasil para diagnóstico da Fenilcetonúria e MCAD.

A Espectrometria de Massa em Tandem (MS/MS) é mundialmente considerada padrão ouro para a Triagem Neonatal (TN) de Erros Inatos do Metabolismo (IEM). Além de apresentar melhor sensibilidade e especificidade possibilita rastrear uma vasta gama de IEM usando um único teste. Atualmente o Programa Nacional de Triagem Neonatal (PNTN) rastreia cinco doenças (Fenilcetonúria, Hipotiroidismo Congênito, Fibrose Cística, Hemoglobinopatias e Deficiência da Biotinidase). Uma das metas do PNTN é o aprimoramento e a incorporação de novas doenças e/ou tecnologias. Com a recente recomendação da CONITEC (Comissão Nacional de Incorporação de Tecnologias) para aquisição do MS/MS para diagnóstico de doenças raras, vislumbra-se o incremento desta tecnologia para ampliação de doenças triadas, melhora da qualidade do teste diagnóstico, corroborando para melhorar qualidade de vida das crianças acometidas pelos EIM. Este trabalho teve como objetivo realizar uma análise de custo efetividade, para incorporação da tecnologia de tandem MS/MS na triagem neonatal, sob a perspectiva do SUS. Desta maneira buscou-se comparar diferentes cenários da TN com a tecnologia atualmente utilizada (Fluorimetria) somente para Fenilcetonúria (PKU), e com MS/MS para rastreio da PKU e da Deficiência de Cadeia Média Acyl-Coenzima Desidrogenase (MCAD). Para tanto construiu-se um modelo matemático de decisão baseados em cadeias de Markov que simulou a TN da PKU e da MCAD, bem como a história natural da MCAD. Foi acompanhada uma coorte hipotética de cem mil recém-nascidos. O horizonte temporal adotado foi a expectativa de vida da população brasileira de 78 anos de acordo com IBGE. Utilizou-se uma taxa de desconto de 5% para os custos e consequências clínicas para ambos os cenários propostos. Quando incorporado o MS/MS para triagem da PKU os ganhos em saúde continuaram os mesmos, pois o desempenho do MS/MS e da Fluorimetria foram praticamente iguais (efetividade), porém o custo incremental foi quatro vezes maior para a mesma efetividade, o que torna o MS/MS somente para PKU não custo efetiva (dominada). No entanto, quando analisado o cenário do MS/MS para triagem da PKU e da MCAD o custo incremental do MS/MS no PNTN foi menor por causa da economia feita uma vez que é possível realizar ambos os testes no mesmo o teste do pezinho atual.

Investment in fish seed multiplication farms in Bangladesh: Evidences of an attractive business

This study mainly evaluated the profitability of Fish Seed Multiplication Farms (FSMFs) having hatchery, nursery and hatchery-cum-nursery located in the districts of Jessore, Jhenidah and Narail in Bangladesh. The general findings of the study were that the investment in FSMFs with hatchery, nursery and hatchery-cum-nursery was highly profitable business. The results clearly indicated that the investment on hatchery was the most profitable than those of nursery and hatchery-cum-nursery operations from the viewpoints of individual investors. The results of sensitivity analysis suggested that the investment in nursery farm was a risky business with 20 per cent increase in operation and management as well was production costs or 20 per cent reduction in benefits if other things remaining the same. It was also evident from the study that the investors of FSMFs had currently been facing some crucial problems, which among others are: problems of inbreeding, shortage of brood fish, incidence of diseases, unavailability of certain inputs and lack of credit.

Handling uncertainty in housing stock models

Housing stock models can be useful tools in helping to assess the environmental and socio-economic impacts of retrofits to residential buildings; however, existing housing stock models are not able to quantify the uncertainties that arise in the modelling process from various sources, thus limiting the role that they can play in helping decision makers. This paper examines the different sources of uncertainty involved in housing stock models and proposes a framework for handling these uncertainties. This framework involves integrating probabilistic sensitivity analysis with a Bayesian calibration process in order to quantify uncertain parameters more accurately. The proposed framework is tested on a case study building, and suggestions are made on how to expand the framework for retrofit analysis at an urban-scale. © 2011 Elsevier Ltd.

Control theory and systems biology

Presenting a control-theoretic treatment of stoichiometric systems, ... local parametric sensitivity analysis, the two approaches yield identical results. ...

A computer algorithm for determining the tensile strength of float glass

The extrinsic tensile strength of glass can be determined explicitly if the characteristics of the critical surface flaw are known, or stochastically if the critical flaw characteristics are unknown. This paper makes contributions to both these approaches. Firstly it presents a unified model for determining the strength of glass explicitly, by accounting for both the inert strength limit and the sub-critical crack growth threshold. Secondly, it describes and illustrates the use of a numerical algorithm, based on the stochastic approach, that computes the characteristic tensile strength of float glass by piecewise summation of the surface stresses. The experimental validation and sensitivity analysis reported in this paper show that the proposed computer algorithm provides an accurate and efficient means of determining the characteristic strength of float glass. The algorithm is particularly useful for annealed and thermally treated float glass used in the construction industry. © 2012 Elsevier Ltd.

Numerical study of soil heterogeneity effects on contaminant transport in unsaturated soil (model development and validation)

The movement of chemicals through soil to groundwater is a major cause of degradation of water resources. In many cases, serious human and stock health implications are associated with this form of pollution. The study of the effects of different factors involved in transport phenomena can provide valuable information to find the best remediation approaches. Numerical models are increasingly being used for predicting or analyzing solute transport processes in soils and groundwater. This article presents the development of a stochastic finite element model for the simulation of contaminant transport through soils with the main focus being on the incorporation of the effects of soil heterogeneity in the model. The governing equations of contaminant transport are presented. The mathematical framework and the numerical implementation of the model are described. The comparison of the results obtained from the developed stochastic model with those obtained from a deterministic method and some experimental results shows that the stochastic model is capable of predicting the transport of solutes in unsaturated soil with higher accuracy than deterministic one. The importance of the consideration of the effects of soil heterogeneity on contaminant fate is highlighted through a sensitivity analysis regarding the variance of saturated hydraulic conductivity as an index of soil heterogeneity. © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Simulations of thermal upgrading methods for oil shale reservoirs

This paper analyzes reaction and thermal front development in porous reservoirs with reacting flows, such as those encountered in shale oil extraction. A set of dimensionless parameters and a 3D code are developed in order to investigate the important physical and chemical variables of such reservoirs when heated by in situ methods. This contribution builds on a 1D model developed for the precursor study to this work. Theory necessary for this study is presented, namely shale decomposition chemical mechanisms, governing equations for multiphase flow in porous media and necessary closure models. Plotting the ratio of the thermal wave speed to the fluid speed allows one to infer that the reaction wave front ends where this ratio is at a minimum. The reaction front follows the thermal front closely, thus allowing assumptions to be made about the extent of decomposition solely by looking at thermal wave progression. Furthermore, this sensitivity analysis showed that a certain minimum permeability is required in order to ensure the formation of a traveling thermal wave. It was found that by studying the non-dimensional governing parameters of the system one can ascribe characteristic values for these parameters for given initial and boundary conditions. This allows one to roughly predict the performance of a particular method on a particular reservoir given approximate values for initial and boundary conditions. Channelling and flow blockage due to carbon residue buildup impeded each method's performance. Blockage was found to be a result of imbalanced heating. Copyright 2012, Society of Petroleum Engineers.

Matching an oscillator model to a phase response curve

The Phase Response Curve (PRC) has proven a useful tool for the reduction of complex oscillator models. It is also an information often experimentally available to the biologist. This paper introduces a numerical tool based on the sensitivity analysis of the PRC to adapt initial model parameters in order to match a particular PRC shape. We illustrate the approach on a simple biochemical model of circadian oscillator. © 2011 IEEE.

Synchronization and balancing on the N-torus

In this paper, we study the behavior of a network of N agents, each evolving on the circle. We propose a novel algorithm that achieves synchronization or balancing in phase models under mild connectedness assumptions on the (possibly time-varying and unidirectional) communication graphs. The global convergence analysis on the N-torus is a distinctive feature of the present work with respect to previous results that have focused on convergence in the Euclidean space. © 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

A novel theoretical approach to passive control of thermo-acoustic oscillations: Application to ducted heat sources

In this paper, we develop a linear technique that predicts how the stability of a thermo-acoustic system changes due to the action of a generic passive feedback device or a generic change in the base state. From this, one can calculate the passive device or base state change that most stabilizes the system. This theoretical framework, based on adjoint equations, is applied to two types of Rijke tube. The first contains an electrically-heated hot wire and the second contains a diffusion flame. Both heat sources are assumed to be compact so that the acoustic and heat release models can be decoupled. We find that the most effective passive control device is an adiabatic mesh placed at the downstream end of the Rijke tube. We also investigate the effects of a second hot wire and a local variation of the cross-sectional area but find that both affect the frequency more than the growth rate. This application of adjoint sensitivity analysis opens up new possibilities for the passive control of thermo-acoustic oscillations. For example, the influence of base state changes can be combined with other constraints, such as that the total heat release rate remains constant, in order to show how an unstable thermo-acoustic system should be changed in order to make it stable. Copyright © 2013 by ASME.