Integrating Analysis Into a Warehouse Design Workflow

Supply chain analyses, including those related to material handling systems, are typically purpose-built to answer specific questions and therefore have many different implementations depending on the question, the instance data, and the solver. The purpose-built nature of these models makes it difficult to integrate them into an iterative design workflow. Despite the myriad analysis implementations, the fundamental structure of these systems and their problem domain remains unchanged, suggesting that perhaps analyses could be automatically generated on demand, given an appropriate specification of the particular system to be analyzed. We apply model-based systems engineering (MBSE) methodologies to explore this possibility in the context of functional warehouse design

Using simulation to model the logistic operations of a company of the cement industry

This paper presents a discrete-event simulation model to study the logistics operations involved in a plant of the cement industry, aligned with a real project developed in partnership between Cachapuz (a company that provides international weighing solutions) and the University of Minho. The purpose of this work consists in using simulation to model several activities, involving weighing, loading and unloading of raw materials, regardless of the type of industry, e.g. cement, tomato, cereals. Thus, this paper documents the work conducted to apply the developed simulation model in a case study of the cement industry. After validating the model, a set of simulation experiments were conducted, which allowed to estimate the maximum capacity of the plant and the impact in the performance of the plant, of the arrival of a cargo vessel. In this regard, it was found that in the case study in question, it is not possible to unload all the cargo from the vessel in a working day - around 3 working days would be required. Further conclusions and future work are discussed in the last section.- (undefined

Simheuristics to support efficient and sustainable freight transportation in smart city logistics

La logística urbana intel·ligent constitueix un factor crucial en la creació de sistemes de transport urbà eficients i sostenibles. Entre altres factors, aquests sistemes es centren en la incorporació de dades en temps real i en la creació de models de negoci col·laboratius en el transport urbà de mercaderies, considerant l’augment dels habitants en les ciutats, la creixent complexitat de les demandes dels clients i els mercats altament competitius. Això permet als que planifiquen el transport minimitzar els costos monetaris i ambientals del transport de mercaderies a les àrees metropolitanes. Molts problemes de presa de decisions en aquest context es poden formular com a problemes d’optimació combinatòria. Tot i que hi ha diferents enfocaments de resolució exacta per a trobar solucions òptimes a aquests problemes, la seva complexitat i grandària, a més de la necessitat de prendre decisions instantànies pel que fa a l’encaminament de vehicles, la programació o la situació d’instal·lacions, fa que aquestes metodologies no s’apliquin a la pràctica. A causa de la seva capacitat per a trobar solucions pseudoòptimes en gairebé temps real, els algorismes metaheurístics reben una atenció creixent dels investigadors i professionals com a alternatives eficients i fiables per a resoldre nombrosos problemes d’optimació en la creació de la logística de les ciutats intel·ligents. Malgrat el seu èxit, les tècniques metaheurístiques tradicionals no representen plenament la complexitat dels sistemes més realistes. En assumir entrades (inputs) i restriccions de problemes deterministes, la incertesa i el dinamisme experimentats en els escenaris de transport urbà queden sense explicar. Els algorismes simheurístics persegueixen superar aquests inconvenients mitjançant la integració de qualsevol tipus de simulació en processos metaheurístics per a explicar la incertesa inherent a la majoria de les aplicacions de la vida real. Aquesta tesi defineix i investiga l’ús d’algorismes simheurístics com el mètode més adequat per a resoldre problemes d’optimació derivats de la logística de les ciutats. Alguns algorismes simheurístics s’apliquen a una sèrie de problemes complexos, com la recollida de residus urbans, els problemes de disseny de la cadena de subministrament integrada i els models de transport innovadors relacionats amb la col·laboració horitzontal entre els socis de la cadena de subministrament. A més de les discussions metodològiques i la comparació d’algorismes desenvolupats amb els referents de la bibliografia acadèmica, es mostra l’aplicabilitat i l’eficiència dels algorismes simheurístics en diferents casos de gran escala.Las actividades de logística en ciudades inteligentes constituyen un factor crucial en la creación de sistemas de transporte urbano eficientes y sostenibles. Entre otros factores, estos sistemas se centran en la incorporación de datos en tiempo real y la creación de modelos empresariales colaborativos en el transporte urbano de mercancías, al tiempo que consideran el aumento del número de habitantes en las ciudades, la creciente complejidad de las demandas de los clientes y los mercados altamente competitivos. Esto permite minimizar los costes monetarios y ambientales del transporte de mercancías en las áreas metropolitanas. Muchos de los problemas de toma de decisiones en este contexto se pueden formular como problemas de optimización combinatoria. Si bien existen diferentes enfoques de resolución exacta para encontrar soluciones óptimas a tales problemas, su complejidad y tamaño, además de la necesidad de tomar decisiones instantáneas con respecto al enrutamiento, la programación o la ubicación de las instalaciones, hacen que dichas metodologías sean inaplicables en la práctica. Debido a su capacidad para encontrar soluciones pseudoóptimas casi en tiempo real, los algoritmos metaheurísticos reciben cada vez más atención por parte de investigadores y profesionales como alternativas eficientes y fiables para resolver numerosos problemas de optimización en la creación de la logística de ciudades inteligentes. A pesar de su éxito, las técnicas metaheurísticas tradicionales no representan completamente la complejidad de los sistemas más realistas. Al asumir insumos y restricciones de problemas deterministas, se ignora la incertidumbre y el dinamismo experimentados en los escenarios de transporte urbano. Los algoritmos simheurísticos persiguen superar estos inconvenientes integrando cualquier tipo de simulación en procesos metaheurísticos con el fin de considerar la incertidumbre inherente en la mayoría de las aplicaciones de la vida real. Esta tesis define e investiga el uso de algoritmos simheurísticos como método adecuado para resolver problemas de optimización que surgen en la logística de ciudades inteligentes. Se aplican algoritmos simheurísticos a una variedad de problemas complejos, incluyendo la recolección de residuos urbanos, problemas de diseño de la cadena de suministro integrada y modelos de transporte innovadores relacionados con la colaboración horizontal entre los socios de la cadena de suministro. Además de las discusiones metodológicas y la comparación de los algoritmos desarrollados con los de referencia de la bibliografía académica, se muestra la aplicabilidad y la eficiencia de los algoritmos simheurísticos en diferentes estudios de casos a gran escala.Smart city logistics are a crucial factor in the creation of efficient and sustainable urban transportation systems. Among other factors, they focus on incorporating real-time data and creating collaborative business models in urban freight transportation concepts, whilst also considering rising urban population numbers, increasingly complex customer demands, and highly competitive markets. This allows transportation planners to minimize the monetary and environmental costs of freight transportation in metropolitan areas. Many decision-making problems faced in this context can be formulated as combinatorial optimization problems. While different exact solving approaches exist to find optimal solutions to such problems, their complexity and size, in addition to the need for instantaneous decision-making regarding vehicle routing, scheduling, or facility location, make such methodologies inapplicable in practice. Due to their ability to find pseudo-optimal solutions in almost real time, metaheuristic algorithms have received increasing attention from researchers and practitioners as efficient and reliable alternatives in solving numerous optimization problems in the creation of smart city logistics. Despite their success, traditional metaheuristic techniques fail to fully represent the complexity of most realistic systems. By assuming deterministic problem inputs and constraints, the uncertainty and dynamism experienced in urban transportation scenarios are left unaccounted for. Simheuristic frameworks try to overcome these drawbacks by integrating any type of simulation into metaheuristic-driven processes to account for the inherent uncertainty in most real-life applications. This thesis defines and investigates the use of simheuristics as a method of first resort for solving optimization problems arising in smart city logistics concepts. Simheuristic algorithms are applied to a range of complex problem settings including urban waste collection, integrated supply chain design, and innovative transportation models related to horizontal collaboration among supply chain partners. In addition to methodological discussions and the comparison of developed algorithms to state-of-the-art benchmarks found in the academic literature, the applicability and efficiency of simheuristic frameworks in different large-scaled case studies are shown

Biorefarmeries: Milking ethanol from algae for the mobility of tomorrow

The idea of this project is to fully exploit microalgae to the best of its potential, possibly proposing a sort of fourth generation fuel based on a continuous milking of macro- and microorganisms (as cows in a milk farm), which produce fuel by photosynthetic reactions. This project proposes a new transportation concept supported by a new socio-economic approach, in which biofuel production is based on biorefarmeries delivering fourth generation fuels which also have decarbonization capabilities, potential negative CO2 emissions plus positive impacts on mobility, the automotive Industry, health and environment and the econom

Do-it-yourself instruments and data processing methods for developing marine citizen observatories

La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPCWater is the most important resource for living on planet Earth, covering more than 70% of its surface. The oceans represent more than 97% of the planet total water and they are where more than the 99.5% of the living beings are concentrated. A great number of ecosystems depend on the health of these oceans; their study and protection are necessary. Large datasets over long periods of time and over wide geographical areas can be required to assess the health of aquatic ecosystems. The funding needed for data collection is considerable and limited, so it is important to look at new cost-effective ways of obtaining and processing marine environmental data. The feasible solution at present is to develop observational infrastructures that may increase significantly the conventional sampling capabilities. In this study we promote to achieve this solution with the implementation of Citizen Observatories, based on volunteer participation. Citizen observatories are platforms that integrate the latest information technologies to digitally connect citizens, improving observation skills for developing a new type of research known as Citizen Science. Citizen science has the potential to increase the knowledge of the environment, and aquatic ecosystems in particular, through the use of people with no specific scientific training to collect and analyze large data sets. We believe that citizen science based tools -open source software coupled with low-cost do-it-yourself hardware- can help to close the gap between science and citizens in the oceanographic field. As the public is actively engaged in the analysis of data, the research also provides a strong avenue for public education. This is the objective of this thesis, to demonstrate how open source software and low-cost do-it-yourself hardware are effectively applied to oceanographic research and how can it develop into citizen science. We analyze four different scenarios where this idea is demonstrated: an example of using open source software for video analysis where lobsters were monitored; a demonstration of using similar video processing techniques on in-situ low-cost do-it-yourself hardware for submarine fauna monitoring; a study using open source machine learning software as a method to improve biological observations; and last but not least, some preliminar results, as proof of concept, of how manual water sampling could be replaced by low-cost do-it-yourself hardware with optical sensors.L’aigua és el recurs més important per la vida al planeta Terra, cobrint més del 70% de la seva superfície. Els oceans representen més del 70% de tota l'aigua del planeta, i és on estan concentrats més del 99.5% dels éssers vius. Un gran nombre d'ecosistemes depenen de la salut d'aquests oceans; el seu estudi i protecció són necessaris. Grans conjunts de dades durant llargs períodes de temps i al llarg d’amples àrees geogràfiques poden ser necessaris per avaluar la salut dels ecosistemes aquàtics. El finançament necessari per aquesta recol·lecció de dades és considerable però limitat, i per tant és important trobar noves formes més rendibles d’obtenir i processar dades mediambientals marines. La solució factible actualment és la de desenvolupar infraestructures observacionals que puguin incrementar significativament les capacitats de mostreig convencionals. En aquest estudi promovem que es pot assolir aquesta solució amb la implementació d’Observatoris Ciutadans, basats en la participació de voluntaris. Els observatoris ciutadans són plataformes que integren les últimes tecnologies de la informació amb ciutadans digitalment connectats, millorant les capacitats d’observació, per desenvolupar un nou tipus de recerca coneguda com a Ciència Ciutadana. La ciència ciutadana té el potencial d’incrementar el coneixement del medi ambient, i dels ecosistemes aquàtics en particular, mitjançant l'ús de persones sense coneixement científic específic per recollir i analitzar grans conjunts de dades. Creiem que les eines basades en ciència ciutadana -programari lliure juntament amb maquinari de baix cost i del tipus "fes-ho tu mateix" (do-it-yourself en anglès)- poden ajudar a apropar la ciència del camp oceanogràfic als ciutadans. A mesura que el gran públic participa activament en l'anàlisi de dades, la recerca esdevé també una nova via d’educació pública. Aquest és l’objectiu d’aquesta tesis, demostrar com el programari lliure i el maquinari de baix cost "fes-ho tu mateix" s’apliquen de forma efectiva a la recerca oceanogràfica i com pot desenvolupar-se cap a ciència ciutadana. Analitzem quatre escenaris diferents on es demostra aquesta idea: un exemple d’ús de programari lliure per anàlisi de vídeos de monitoratge de llagostes; una demostració utilitzant tècniques similars de processat de vídeo en un dispositiu in-situ de baix cost "fes-ho tu mateix" per monitoratge de fauna submarina; un estudi utilitzant programari lliure d’aprenentatge automàtic (machine learning en anglès) com a mètode per millorar observacions biològiques; i finalment uns resultats preliminars, com a prova de la seva viabilitat, de com un mostreig manual de mostres d’aigua podria ser reemplaçat per maquinari de baix cost "fes-ho tu mateix" amb sensors òptics.Postprint (published version

Maintenance models applied to wind turbines. A comprehensive overview

Producción CientíficaWind power generation has been the fastest-growing energy alternative in recent years, however, it still has to compete with cheaper fossil energy sources. This is one of the motivations to constantly improve the efficiency of wind turbines and develop new Operation and Maintenance (O&M) methodologies. The decisions regarding O&M are based on different types of models, which cover a wide range of scenarios and variables and share the same goal, which is to minimize the Cost of Energy (COE) and maximize the profitability of a wind farm (WF). In this context, this review aims to identify and classify, from a comprehensive perspective, the different types of models used at the strategic, tactical, and operational decision levels of wind turbine maintenance, emphasizing mathematical models (MatMs). The investigation allows the conclusion that even though the evolution of the models and methodologies is ongoing, decision making in all the areas of the wind industry is currently based on artificial intelligence and machine learning models