Lot sizing and furnace scheduling in small foundries

A lot sizing and scheduling problem prevalent in small market-driven foundries is studied. There are two related decision levels: (1) the furnace scheduling of metal alloy production, and (2) moulding machine planning which specifies the type and size of production lots. A mixed integer programming (MIP) formulation of the problem is proposed, but is impractical to solve in reasonable computing time for non-small instances. As a result, a faster relax-and-fix (RF) approach is developed that can also be used on a rolling horizon basis where only immediate-term schedules are implemented. As well as a MIP method to solve the basic RF approach, three variants of a local search method are also developed and tested using instances based on the literature. Finally, foundry-based tests with a real-order book resulted in a very substantial reduction of delivery delays and finished inventory, better use of capacity, and much faster schedule definition compared to the foundry's own practice. © 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved

A hybrid genetic approach to solve real make-to-order job shop scheduling problems

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro TecnologicoProcedimentos de busca local (ex. busca tabu) e algoritmos genéticos têm apresentado excelentes resultados em problemas clássicos de programação da produção em ambientes job shop. No entanto, estas abordagens apresentam pobres habilidades de modelamento e poucas aplicações com restrições de ambientes reais de produção têm sido publicadas. Além disto, os espaços de busca considerados nestas aplicações são nomlalmente incompletos e as restrições reais são poucas e dependentes do problema em questão. Este trabalho apresenta uma abordagem genética híbrida para resolver problemas de programação em ambientes job shop com grande número de restrições reais, tais como produtos com vários níveis de submontagem, planos de processamento altemativos para componentes e recursos alternativos para operações, exigência de vários recursos para executar uma operação (ex., máquina, ferramentas, operadores), calendários para todos os recursos, sobreposição de operações, restrições de disponibilidade de matéria-prima e componentes comprados de terceiros, e tempo de setup dependente da sequência de operações. A abordagem também considera funções de avaliação multiobjetivas. O sistema usa algoritmos modificados de geração de programação, que incorporam várias heurísticas de apoio à decisão, para obter um conjunto de soluções iniciais. Cada solução inicial é melhorada por um algoritmo de subida de encosta. Então, um algoritmo genético híbrido com procedimentos de busca local é aplicado ao conjunto inicial de soluções localmente ótimas. Ao utilizar técnicas de programação de alta perfomlance (heurísticas construtivas, procedimentos de busca local e algoritmos genéticos) em problemas reais de programação da produção, este trabalho reduziu o abismo existente entre a teoria e a prática da programação da produção

Escalonamento de tarefas job-shop realistas utilizando algoritmos genéticos em MATLAB

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.Esta dissertação aborda o desenvolvimento e a implementação de um sistema para escalonamento de tarefas do tipo job-shop. Com o sistema que foi desenvolvido, é possível o tratamento não apenas de problemas clássicos, como também de problemas realistas, que levam em conta um grande número de características reais, ignoradas em problemas clássicos de escalonamento. Estes problemas realistas possuem um elevado número de operações e máquinas, se comparados a problemas clássicos, além de recursos adicionais, multiplicidade de máquinas do mesmo tipo, e vários modos possíveis de execução, entre outras características. Com o sistema desenvolvido é, também, possível o tratamento de problemas de escalonamento dos tipos flow e open-shop e, inclusive, de problemas que mesclem estes três tipos. Tendo sido desenvolvido utilizando MATLAB e uma toolbox genética, mostra-se que um sistema simples, construído a partir de software amplamente disponível, é satisfatório para a utilização em problemas de escalonamento. Os resultados obtidos em testes comprovam a eficiência do sistema criado no tratamento de problemas de escalonamento clássicos, e também a sua boa performance quando são tratados problemas realistas

The development of an autonomous robotic inspection system to detect and characterise rolling contact fatigue cracks in railway track

At present, high speed dual purpose rail/road vehicles employing fixed non-destructive testing (NDT) sensors are used to inspect rails. Due to the uncertainties in characterisation of the defects when they are detected at high speed, manual re-visiting of the defects by expert operators is required before any decision regarding track maintenance is made. This research has been driven by a desire from the rail industry for a robotic system performing faster than human operators and being capable to both detect and characterise rolling contact fatigue (RCF) cracks in rails with the aim of automating the existing manual inspection and enhancing its accuracy and reliability. This thesis combines expert systems technologies with robotic NDT to fulfil this aspiration. A great deal of effort has been spent to develop a robotic inspection trolley which can automatically detect and characterise the RCF cracks in rails using an alternating current field measurement (ACFM) sensor. It uses a rule based expert system (RBES) proposed to control the robotic trolley and more importantly process ACFM data for both detecting and sizing defects. The developed system can detect the possible presence of defects in railway tracks at high speed pass (5-20 km/h) and can automatically return to an identified defect location to perform a slower and more detailed scan (up to 20 mm/s) across a rail section to determine the size, depth and number of cracks present in that section

Otimização da operação de um reator de pirólise de resíduos sólidos industriais

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Química.Neste trabalho é realizado o estudo do caso da reciclagem, por pirólise, de resíduos poliméricos provenientes de empresas da região nordeste do estado do Rio Grande do Sul, que são considerados críticos no que se refere ao volume gerado e ao grau de periculosidade. Os resíduos estudados foram: Polipropileno(PP), Acrilonitrila-Butadieno-Estireno(ABS) e resíduo de tinta de origem poliuretânica. Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia para otimizar a operação de um reator de pirólise multiprodutos, cujos maiores desafios são gerar produtos que sejam atóxicos e aproveitados no mercado a preços competitivos, remunerar o capital investido para desenvolver, montar e operar a planta de pirólise, e utilizar um método de otimização viável para um sistema de produção batelada multiprodutos. Para este propósito, o trabalho é composto por três partes principais: a) aquisição on line de dados, através de um sistema experimental montado em escala de bancada; b) levantamento de informações, em campo, sobre a região de inserção da planta de pirólise; e c) desenvolvimento de um código computacional para a otimização do reator pirolítico. A otimização da planta de pirólise multiprodutos consistiu na atualização do sequenciamento da produção e dos set points operacionais necessários para atingir os objetivos do planejamento de produção, dentro de um horizonte de tempo de um mês através da maximização de uma função lucro. Essa função envolveu dados técnicos e econômicos, como temperatura e tempo de batelada, preços e quantidades processadas e produzidas de resíduos e de óleos, respectivamente, quantidades consumidas e geradas de gases combustíveis e restrições de demanda de matérias-primas e produtos. Esse problema de otimização foi resolvido através de uma metodologia de solução utilizando Algoritmos Genéticos. O resultado é um código computacional flexível, que permite rescheduling para absorver as variações das necessidades de mercado, capacidade de produção e condições operacionais, dentro de um tempo computacional viável e que pode ser usado para vários resíduos, onde o rendimento de produtos e a energia envolvida no processo são determinados sem o conhecimento prévio da cinética e do calor das reações de pirólise

An Agent-Based Variogram Modeller: Investigating Intelligent, Distributed-Component Geographical Information Systems

Geo-Information Science (GIScience) is the field of study that addresses substantive questions concerning the handling, analysis and visualisation of spatial data. Geo- Information Systems (GIS), including software, data acquisition and organisational arrangements, are the key technologies underpinning GIScience. A GIS is normally tailored to the service it is supposed to perform. However, there is often the need to do a function that might not be supported by the GIS tool being used. The normal solution in these circumstances is to go out and look for another tool that can do the service, and often an expert to use that tool. This is expensive, time consuming and certainly stressful to the geographical data analyses. On the other hand, GIS is often used in conjunction with other technologies to form a geocomputational environment. One of the complex tools in geocomputation is geostatistics. One of its functions is to provide the means to determine the extent of spatial dependencies within geographical data and processes. Spatial datasets are often large and complex. Currently Agent system are being integrated into GIS to offer flexibility and allow better data analysis. The theis will look into the current application of Agents in within the GIS community, determine if they are used to representing data, process or act a service. The thesis looks into proving the applicability of an agent-oriented paradigm as a service based GIS, having the possibility of providing greater interoperability and reducing resource requirements (human and tools). In particular, analysis was undertaken to determine the need to introduce enhanced features to agents, in order to maximise their effectiveness in GIS. This was achieved by addressing the software agent complexity in design and implementation for the GIS environment and by suggesting possible solutions to encountered problems. The software agent characteristics and features (which include the dynamic binding of plans to software agents in order to tackle the levels of complexity and range of contexts) were examined, as well as discussing current GIScience and the applications of agent technology to GIS, agents as entities, objects and processes. These concepts and their functionalities to GIS are then analysed and discussed. The extent of agent functionality, analysis of the gaps and the use these technologies to express a distributed service providing an agent-based GIS framework is then presented. Thus, a general agent-based framework for GIS and a novel agent-based architecture for a specific part of GIS, the variogram, to examine the applicability of the agent- oriented paradigm to GIS, was devised. An examination of the current mechanisms for constructing variograms, underlying processes and functions was undertaken, then these processes were embedded into a novel agent architecture for GIS. Once the successful software agent implementation had been achieved, the corresponding tool was tested and validated - internally for code errors and externally to determine its functional requirements and whether it enhances the GIS process of dealing with data. Thereafter, its compared with other known service based GIS agents and its advantages and disadvantages analysed

Sustav za upravljanje laboratorijskim ispitivanjima materijala

U radu je prikazan postojeći ručni način rada u laboratorijima građevinskog instituta i njegovi nedostaci te se razmatra poboljšanje rada informatizacijom. Slijedilo je koncipiranje informacijskog sustava za upravljanje laboratorijskim ispitivanjima materijala naziva e- Laboratorij sa primjenom na Internetu. Provedena je analiza laboratorijskog procesa pri čemu su definirane faze i opisan njegov tijek. Sistematizirana su podatkovna obilježja i organizirana u bazu podataka. Stvorena je radna baza i baza podataka stručnog znanja. Definirane su korisničke okoline sustava. Oblikovana je radna okolina sa stranicama svakog radnog procesa i pripadajućim podatkovnim obilježjima te njihove veze sa stranicama okoline za korištenje znanja. Oblikovanjem okoline za stvaranje znanja definirajna su sva obilježja potrebna za opisivanje ekspertnog znanja koje se pohranjuje u bazu podataka stručnog znanja. Definirani su procesi učenja sustava sa svrhom proširivanja i nadograđivanja baze podataka stručnog znanja. U radu je opisano korištenje svake pojedine okoline, a simulacijom rada prikazano je funkcioniranje sustava za slučajeve poznate i nove situacije. \Na primjerima ispitivanja čelika za armiranje prikazano je pregledavanje podataka iz baze podataka prema različitim kriterijima. Za odabrano vlačno svojstvo rebrastog čelika za armiranje provedena je obrada metodama opisne statistike i statističkih testiranja hipoteza: ttest, F-test i analiza varijance. Kao primjer eksploratorne analize primijenjena je metoda faktorske analize armirano-betonskog nosača. Provedena je kvantitativna usporedba informacijskog i ručnog načina rada. Opisane su stranice e-Laboratorij sustava i principi njegove primjene na Internetu. \Na kraju se iznose zaključci o doprinosima u poboljšanju rada, razmatraju perspektive daljnjeg razvoja te moguće prepreke i ograničenja