Discrete-event Simulation and Optimization to Improve the Performance of a Healthcare System

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Assessing and reducing vulnerability to climate change: Moving from theory to practical decision-support

As climate change continues to impact socio-ecological systems, tools that assist conservation managers to understand vulnerability and target adaptations are essential. Quantitative assessments of vulnerability are rare because available frameworks are complex and lack guidance for dealing with data limitations and integrating across scales and disciplines. This paper describes a semi-quantitative method for assessing vulnerability to climate change that integrates socio-ecological factors to address management objectives and support decision-making. The method applies a framework first adopted by the Intergovernmental Panel on Climate Change and uses a structured 10-step process. The scores for each framework element are normalized and multiplied to produce a vulnerability score and then the assessed components are ranked from high to low vulnerability. Sensitivity analyses determine which indicators most influence the analysis and the resultant decision-making process so data quality for these indicators can be reviewed to increase robustness. Prioritisation of components for conservation considers other economic, social and cultural values with vulnerability rankings to target actions that reduce vulnerability to climate change by decreasing exposure or sensitivity and/or increasing adaptive capacity. This framework provides practical decision-support and has been applied to marine ecosystems and fisheries, with two case applications provided as examples: (1) food security in Pacific Island nations under climate-driven fish declines, and (2) fisheries in the Gulf of Carpentaria, northern Australia. The step-wise process outlined here is broadly applicable and can be undertaken with minimal resources using existing data, thereby having great potential to inform adaptive natural resource management in diverse locations.

Infusing the use of seasonal climate forecasting into crop management practice in North East Australia using discussion support software

Seasonal climate forecasting offers potential for improving management of crop production risks in the cropping systems of NE Australia. But how is this capability best connected to management practice? Over the past decade, we have pursued participative systems approaches involving simulation-aided discussion with advisers and decision-makers. This has led to the development of discussion support software as a key vehicle for facilitating infusion of forecasting capability into practice. In this paper, we set out the basis of our approach, its implementation and preliminary evaluation. We outline the development of the discussion support software Whopper Cropper, which was designed for, and in close consultation with, public and private advisers. Whopper Cropper consists of a database of simulation output and a graphical user interface to generate analyses of risks associated with crop management options. The charts produced provide conversation pieces for advisers to use with their farmer clients in relation to the significant decisions they face. An example application, detail of the software development process and an initial survey of user needs are presented. We suggest that discussion support software is about moving beyond traditional notions of supply-driven decision support systems. Discussion support software is largely demand-driven and can compliment participatory action research programs by providing cost-effective general delivery of simulation-aided discussions about relevant management actions. The critical role of farm management advisers and dialogue among key players is highlighted. We argue that the discussion support concept, as exemplified by the software tool Whopper Cropper and the group processes surrounding it, provides an effective means to infuse innovations, like seasonal climate forecasting, into farming practice. Crown Copyright (C) 2002 Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Utilização do método Multicritério AHP, na aquisição de um sistema ERP

The selection of an Enterprise Resource Planning (ERP) system is one of the most sensitive and highest impact processes in the area of information systems and technologies, because it supports and integrates the whole business of an organization. Hence the importance of deciding the best solution in order to contribute to the organization's competitiveness in a global and increasingly demanding market. Therefore, it is essential to provide tools to support decision making, turning complex and often intangible decisions into simple and quantifiable scenarios. This study addressed the adoption of the Analytical Hierarchy Process (AHP) multicriteria decision method to support the selection of an ERP system. The literature review was the source used to obtain the set of the most relevant criteria to be considered in this decision, which were subsequently validated through systematic application of various surveys of experts and people related to the field of ERP systems. To support the application of AHP, according to the model obtained in the study, it was developed a web application that will be available to the general public. The responsible for the acquisition of ERP systems can use it to easily apply the AHP method based on validated decision model. On the other hand, the web application can be used as a validation tool, allowing collecting data for future developments of the decision model.

ANN based support for distributed energy resources scheduling in smart grids

The future scenarios for operation of smart grids are likely to include a large diversity of players, of different types and sizes. With control and decision making being decentralized over the network, intelligence should also be decentralized so that every player is able to play in the market environment. In the new context, aggregator players, enabling medium, small, and even micro size players to act in a competitive environment, will be very relevant. Virtual Power Players (VPP) and single players must optimize their energy resource management in order to accomplish their goals. This is relatively easy to larger players, with financial means to have access to adequate decision support tools, to support decision making concerning their optimal resource schedule. However, the smaller players have difficulties in accessing this kind of tools. So, it is required that these smaller players can be offered alternative methods to support their decisions. This paper presents a methodology, based on Artificial Neural Networks (ANN), intended to support smaller players’ resource scheduling. The used methodology uses a training set that is built using the energy resource scheduling solutions obtained with a reference optimization methodology, a mixed-integer non-linear programming (MINLP) in this case. The trained network is able to achieve good schedule results requiring modest computational means.

PSiS Mobile

In this paper, we present a state of the art on applications of mobile devices to support decision of a tourist running on a trip. We focus on two types of applications, tourism recommendation and tourism guide, making a brief description of the main characteristics of each one of them. We also refer the main problems encountered on the development of applications for mobile devices, and present PSiS (Personalized Sightseeing Tours Recommendation System) Mobile, our proposal to a mobile recommendation and planning support system, which is designed to provide an effective support during the tourist visit, providing contextaware information and recommendations about places of interest (POI) to visit, based on tourist preferences and his current context.

Demand response in future power systems management – a conceptual framework and simulation tool

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

Sistema pericial para suporte à decisão na alocação de recursos de emergência

O panorama atual da emergência e socorro de primeira linha em Portugal, carateriza-se por uma grande aposta ao longo dos últimos anos num incremento contínuo da qualidade e da eficiência que estes serviços prestam às populações locais. Com vista à prossecução do objetivo de melhoria contínua dos serviços, foram realizados ao longo dos últimos anos investimentos avultados ao nível dos recursos técnicos e ao nível da contratação e formação de recursos humanos altamente qualificados. Atualmente as instituições que prestam socorro e emergência de primeira linha estão bem dotadas ao nível físico e ao nível humano dos recursos necessários para fazerem face aos mais diversos tipos de ocorrências. Contudo, ao nível dos sistemas de informação de apoio à emergência e socorro de primeira linha, verifica-se uma inadequação (e por vezes inexistência) de sistemas informáticos capazes de suportar convenientemente o atual contexto de exigência e complexidade da emergência e socorro. Foi feita ao longo dos últimos anos, uma forte aposta na melhoria dos recursos físicos e dos recursos humanos encarregues da resposta àsemergência de primeira linha, mas descurou-se a área da gestão e análise da informação sobre as ocorrências, assim como, o delinear de possíveis estratégias de prevenção que uma análise sistematizada da informação sobre as ocorrências possibilita. Nas instituições de emergência e socorro de primeira linha em Portugal (bombeiros, proteção civil municipal, PSP, GNR, polícia municipal), prevalecem ainda hoje os sistemas informáticos apenas para o registo das ocorrências à posteriori e a total inexistência de sistemas de registo de informação e de apoio à decisão na alocação de recursos que operem em tempo real. A generalidade dos sistemas informáticos atualmente existentes nas instituições são unicamente de sistemas de backoffice, que não aproveitam a todas as potencialidades da informação operacional neles armazenada. Verificou-se também, que a geo-localização por via informática dos recursos físicos e de pontos de interesse relevantes em situações críticas é inexistente a este nível. Neste contexto, consideramos ser possível e importante alinhar o nível dos sistemas informáticos das instituições encarregues da emergência e socorro de primeira linha, com o nível dos recursos físicos e humanos que já dispõem atualmente. Dado que a emergência e socorro de primeira linha é um domínio claramente elegível para a aplicação de tecnologias provenientes dos domínios da inteligência artificial (nomeadamente sistemas periciais para apoio à decisão) e da geo-localização, decidimos no âmbito desta tese desenvolver um sistema informático capaz de colmatar muitas das lacunas por nós identificadas ao nível dos sistemas informáticos destas instituições. Pretendemos colocar as suas plataformas informáticas num nível similar ao dos seus recursos físicos e humanos. Assim, foram por nós identificadas duas áreas chave onde a implementação de sistemas informáticos adequados às reais necessidades das instituições podem ter um impacto muito proporcionar uma melhor gestão e otimização dos recursos físicos e humanos. As duas áreas chave por nós identificadas são o suporte à decisão na alocação dos recursos físicos e a geolocalização dos recursos físicos, das ocorrências e dos pontos de interesse. Procurando fornecer uma resposta válida e adequada a estas duas necessidades prementes, foi desenvolvido no âmbito desta tese o sistema CRITICAL DECISIONS. O sistema CRITICAL DECISIONS incorpora um conjunto de funcionalidades típicas de um sistema pericial, para o apoio na decisão de alocação de recursos físicos às ocorrências. A inferência automática dos recursos físicos, assenta num conjunto de regra de inferência armazenadas numa base de conhecimento, em constante crescimento e atualização, com base nas respostas bem sucedidas a ocorrências passadas. Para suprimir as carências aos nível da geo-localização dos recursos físicos, das ocorrências e dos pontos de interesse, o sistema CRITICAL DECISIONS incorpora também um conjunto de funcionalidades de geo-localização. Estas permitem a geo-localização de todos os recursos físicos da instituição, a geo-localização dos locais e as áreas das várias ocorrências, assim como, dos vários tipos de pontos de interesse. O sistema CRITICAL DECISIONS visa ainda suprimir um conjunto de outras carências por nós identificadas, ao nível da gestão documental (planos de emergência, plantas dos edifícios) , da comunicação, da partilha de informação entre as instituições de socorro e emergência locais, da contabilização dos tempos de serviço, entre outros. O sistema CRITICAL DECISIONS é o culminar de um esforço colaborativo e contínuo com várias instituições, responsáveis pela emergência e socorro de primeira linha a nível local. Esperamos com o sistema CRITICAL DECISIONS, dotar estas instituições de uma plataforma informática atual, inovadora, evolutiva, com baixos custos de implementação e de operação, capaz de proporcionar melhorias contínuas e significativas ao nível da qualidade da resposta às ocorrências, das capacidades de prevenção e de uma melhor otimização de todos os tipos de recursos que têm ao dispor.

Constraint reasoning for differential models

The basic motivation of this work was the integration of biophysical models within the interval constraints framework for decision support. Comparing the major features of biophysical models with the expressive power of the existing interval constraints framework, it was clear that the most important inadequacy was related with the representation of differential equations. System dynamics is often modelled through differential equations but there was no way of expressing a differential equation as a constraint and integrate it within the constraints framework. Consequently, the goal of this work is focussed on the integration of ordinary differential equations within the interval constraints framework, which for this purpose is extended with the new formalism of Constraint Satisfaction Differential Problems. Such framework allows the specification of ordinary differential equations, together with related information, by means of constraints, and provides efficient propagation techniques for pruning the domains of their variables. This enabled the integration of all such information in a single constraint whose variables may subsequently be used in other constraints of the model. The specific method used for pruning its variable domains can then be combined with the pruning methods associated with the other constraints in an overall propagation algorithm for reducing the bounds of all model variables. The application of the constraint propagation algorithm for pruning the variable domains, that is, the enforcement of local-consistency, turned out to be insufficient to support decision in practical problems that include differential equations. The domain pruning achieved is not, in general, sufficient to allow safe decisions and the main reason derives from the non-linearity of the differential equations. Consequently, a complementary goal of this work proposes a new strong consistency criterion, Global Hull-consistency, particularly suited to decision support with differential models, by presenting an adequate trade-of between domain pruning and computational effort. Several alternative algorithms are proposed for enforcing Global Hull-consistency and, due to their complexity, an effort was made to provide implementations able to supply any-time pruning results. Since the consistency criterion is dependent on the existence of canonical solutions, it is proposed a local search approach that can be integrated with constraint propagation in continuous domains and, in particular, with the enforcing algorithms for anticipating the finding of canonical solutions. The last goal of this work is the validation of the approach as an important contribution for the integration of biophysical models within decision support. Consequently, a prototype application that integrated all the proposed extensions to the interval constraints framework is developed and used for solving problems in different biophysical domains.

Desenho e implementação de um data warehouse para a empresa AdClick

Esta dissertação incide sobre a problemática da construção de um data warehouse para a empresa AdClick que opera na área de marketing digital. O marketing digital é um tipo de marketing que utiliza os meios de comunicação digital, com a mesma finalidade do método tradicional que se traduz na divulgação de bens, negócios e serviços e a angariação de novos clientes. Existem diversas estratégias de marketing digital tendo em vista atingir tais objetivos, destacando-se o tráfego orgânico e tráfego pago. Onde o tráfego orgânico é caracterizado pelo desenvolvimento de ações de marketing que não envolvem quaisquer custos inerentes à divulgação e/ou angariação de potenciais clientes. Por sua vez o tráfego pago manifesta-se pela necessidade de investimento em campanhas capazes de impulsionar e atrair novos clientes. Inicialmente é feita uma abordagem do estado da arte sobre business intelligence e data warehousing, e apresentadas as suas principais vantagens as empresas. Os sistemas business intelligence são necessários, porque atualmente as empresas detêm elevados volumes de dados ricos em informação, que só serão devidamente explorados fazendo uso das potencialidades destes sistemas. Nesse sentido, o primeiro passo no desenvolvimento de um sistema business intelligence é concentrar todos os dados num sistema único integrado e capaz de dar apoio na tomada de decisões. É então aqui que encontramos a construção do data warehouse como o sistema único e ideal para este tipo de requisitos. Nesta dissertação foi elaborado o levantamento das fontes de dados que irão abastecer o data warehouse e iniciada a contextualização dos processos de negócio existentes na empresa. Após este momento deu-se início à construção do data warehouse, criação das dimensões e tabelas de factos e definição dos processos de extração e carregamento dos dados para o data warehouse. Assim como a criação das diversas views. Relativamente ao impacto que esta dissertação atingiu destacam-se as diversas vantagem a nível empresarial que a empresa parceira neste trabalho retira com a implementação do data warehouse e os processos de ETL para carregamento de todas as fontes de informação. Sendo que algumas vantagens são a centralização da informação, mais flexibilidade para os gestores na forma como acedem à informação. O tratamento dos dados de forma a ser possível a extração de informação a partir dos mesmos.

Plataforma de simulação em Repast Simphony para análise da divulgação de novas ideias em mercado

Modelação e simulação baseadas em agentes estão a ganhar cada vez mais importância e adeptos devido à sua flexibilidade e potencialidade em reproduzir comportamentos e estudar um sistema na perspetiva global ou das interações individuais. Neste trabalho, criou-se um sistema baseado em agentes e desenvolvido em Repast Simphony com o objectivo de analisar a difusão de um novo produto ou serviço através de uma rede de potenciais clientes, tentando compreender, assim, como ocorre e quanto tempo demora esta passagem de informação (inovação) com diversas topologias de rede, no contato direto entre pessoas. A simulação baseia-se no conceito da existencia de iniciadores, que são os primeiros consumidores a adotar um produto quando este chega ao mercado e os seguidores, que são os potenciais consumidores que, apesar de terem alguma predisposição para adotar um novo produto, normalmente só o fazem depois de terem sido sujeitos a algum tipo de influência. Com a aplicação criada, simularam-se diversas situações com a finalidade de obter e observar os resultados gerados a partir de definições iniciais diferentes. Com os resultados gerados pelas simulações foram criados gráficos representativos dos diversos cenários. A finalidade prática desta aplicação, poderá ser o seu uso em sala de aula para simulação de casos de estudo e utilização, em casos reais, como ferramenta de apoio à tomada de decisão, das empresas.

Apoio à gestão na tomada de decisão na ATAHCA: um estudo de caso

A informação assume, hoje em dia, uma importância crescente. Desde a sua constituição, as organizações produzem diariamente informação que alimenta o seu sistema de informação organizacional. Este, passa por um ciclo de vida que abrange processos relacionados com o seu planeamento e desenvolvimento, sem o qual não seria possível tomar decisões e dar resposta às solicitações do meio envolvente, devido ao enorme volume de dados a processar pelas organizações. Com este estágio pretende-se abordar a importância da informação na gestão do património da associação ATAHCA – Associação de Desenvolvimento das Terras Altas do Homem, Cávado e Ave, onde se incluem edifícios, mobiliário, obras de arte, máquinas, utensílios, ferramentas, meios de transporte e documentos. Assim, o objetivo deste trabalho consiste em desenvolver um sistema de apoio à tomada de decisão baseado na inventariação de todo o património. A criação de um manual de procedimentos é essencial para garantir o correto manuseamento do sistema e servirá de contributo à gestão eficaz da informação. O sistema de informação a desenvolver será um modelo de apoio à decisão que permita fazer a gestão do inventário/património, mas também que possibilite a quantificação e o valor patrimonial do mesmo. Pretende-se, ainda, discutir e analisar o contributo da gestão da informação no apoio à tomada de decisão assertiva e rentável para a organização.

Risk of employing an evolvable production system

Nowadays manufacturing companies are facing a more challenging environment due to the unpredictability of the markets in order to survive. Enterprises need to keep innovating and deliver products with new internal or external characteristics. There are strategies and solutions, to different organisational level from strategic to operational, when technology is growing faster in operational level, more specifically in manufacturing system. This means that companies have to deal with the changes of the emergent manufacturing systems while it can be expensive and not easy to be implement. An agile manufacturing system can help to cope with the markets changeability. Evolvable Production Systems (EPS) is an emergent paradigm which aims to bring new solutions to deal with changeability. The proposed paradigm is characterised by modularity and intends to introduce high flexibility and dynamism at shop floor level through the use of the evolution of new computational devices and technology. This new approach brings to enterprises the ability to plug and unplug new devices and allowing fast reformulation of the production line without reprogramming. There is no doubt about the advantages and benefits of this emerging technology but the feasibility and applicability is still under questioned. Most researches in this area are focused on technical side, explaining the advantages of those systems while there are no sufficient works discussing the implementation risks from different perspective, including business owner. The main objective of this work is to propose a methodology and model to identify, classify and measure potential risk associated with an implementation of this emergent paradigm. To quantify the proposed comprehensive risk model, an Intelligent Decision system is developed employing Fuzzy Inference System to deal with the knowledge of experts, as there are no historical data and sufficient research on this area. The result can be the vulnerability assessment of implementing EPS technology in manufacturing companies when the focus is more on SMEs. The present dissertation used the experts’ knowledge and experiences, who were involved in FP7 project IDEAS, which is one of the leading projects in this area.

Decision methods applied to solve a safety problem on a waste treatment facility

To solve a health and safety problem on a waste treatment facility, different multicriteria decision methods were used, including the PROV Exponential decision method. Four alternatives and ten attributes were considered. We found a congruent solution, validated by the different methods. The AHP and the PROV Exponential decision method led us to the same options ordering, but the last method reinforced one of the options as being the best performing one, and detached the least performing option. Also, the ELECTRE I method results led to the same ordering which allowed to point the best solution with reasonable confidence. This paper demonstrates the potential of using multicriteria decision methods to support decision making on complex problems such as risk control and accidents prevention.

A relational algebra approach to ETL modeling

The MAP-i Doctoral Programme in Informatics, of the Universities of Minho, Aveiro and Porto