Introducing capacitaties in the location of unreliable facilities

The goal of this paper is to introduce facility capacities into the Reliability Fixed-Charge Location Problem in a sensible way. To this end, we develop and compare different models, which represent a tradeoff between the extreme models currently available in the literature, where a priori assignments are either fixed, or can be fully modified after failures occur. In a series of computational experiments we analyze the obtained solutions and study the price of introducing capacity constraints according to the alternative models both, in terms of computational burden and of solution cost.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Experience Prototyping for Automotive Applications

In recent years, we started to define our life through experiences we make instead of objectswe buy. To attend a concert of our favorite musician may be more important for us thanowning an expensive stereo system. Similarly, we define interactive systems not only by thequality of the display or its usability, but rather by the experiences we can make when usingthe device. A cell phone is primarily built for making calls and receiving text messages,but on an emotional level it might provide a way to be close to our loved ones, even thoughthey are far away sometimes. When designing interactive technology, we do not only haveto answer the question how people use our systems, but also why they use them. Thus,we need to concentrate on experiences, feelings and emotions arising during interaction.Experience Design is an approach focusing on the story that a product communicates beforeimplementing the system. In an interdisciplinary team of psychologists, industrial designers, product developers andspecialists in human-computer interaction, we applied an Experience Design process to theautomotive domain. A major challenge for car manufacturers is the preservation of theseexperiences throughout the development process. When implementing interactive systemsengineers rely on technical requirements and a set of constraints (e.g., safety) oftentimescontradicting aspects of the designed experience. To resolve this conflict, Experience Prototypingis an important tool translating experience stories to an actual interactive product. With this thesis I investigate the Experience Design process focusing on Experience Prototyping.Within the automotive context, I report on three case studies implementing threekinds of interactive systems, forming and following our approach. I implemented (1) anelectric vehicle information system called Heartbeat, communicating the state of the electricdrive and the batteries to the driver in an unobtrusive and ensuring way. I integrated Heartbeatinto the dashboard of a car mock-up with respect to safety and space requirements butat the same time holding on to the story in order to achieve a consistent experience. With (2)the Periscope I implemented a mobile navigation device enhancing the social and relatednessexperiences of the passengers in the car. I built and evaluated several experience prototypesin different stages of the design process and showed that they transported the designed experiencethroughout the implementation of the system. Focusing on (3) the experience offreehand gestures, GestShare explored this interaction style for in-car and car-to-car socialexperiences. We designed and implemented a gestural prototypes for small but effectivesocial interactions between drivers and evaluated the system in the lab and and in-situ study. The contributions of this thesis are (1) a definition of Experience Prototyping in the automotivedomain resulting from a literature review and my own work, showing the importanceand feasibility of Experience Prototyping for Experience Design. I (2) contribute three casestudies and describe the details of several prototypes as milestones on the way from a anexperience story to an interactive system. I (3) derive best practices for Experience Prototypingconcerning their characteristics such as fidelity, resolution and interactivity as well asthe evaluation in the lab an in situ in different stages of the process.Wir definieren unser Leben zunehmend durch Dinge, die wir erleben und weniger durchProdukte, die wir kaufen. Ein Konzert unseres Lieblingsmusikers zu besuchen kann dabeiwichtiger sein, als eine teure Stereoanlage zu besitzen. Auch interaktive Systeme bewertenwir nicht mehr nur nach der Qualität des Displays oder der Benutzerfreundlichkeit, sondernauch nach Erlebnissen, die durch die Benutzung möglich werden. Das Smartphone wurdehauptsächlich zum Telefonieren und Schreiben von Nachrichten entwickelt. Auf einer emotionalenEbene bietet es uns aber auch eine Möglichkeit, wichtigen Personen sehr nah zusein, auch wenn sie manchmal weit weg sind. Bei der Entwicklung interaktiver Systememüssen wir uns daher nicht nur fragen wie, sondern auch warum diese benutzt werden. Erlebnisse,Gefühle und Emotionen, die während der Interaktion entstehen, spielen dabei einewichtige Rolle. Experience Design ist eine Disziplin, die sich auf Geschichten konzentriert,die ein Produkt erzählt, bevor es tatsächlich implementiert wird. In einem interdisziplinären Team aus Psychologen, Industrie-Designern, Produktentwicklernund Spezialisten der Mensch-Maschine-Interaktion wurde ein Prozess zur Erlebnis-Gestaltung im automobilen Kontext angewandt. Die Beibehaltung von Erlebnissen über dengesamten Entwicklungsprozess hinweg ist eine große Herausforderung für Automobilhersteller.Ingenieure hängen bei der Implementierung interaktiver Systeme von technischen,sicherheitsrelevanten und ergonomischen Anforderungen ab, die oftmals dem gestaltetenErlebnis widersprechen. Die Bereitstellung von Erlebnis-Prototypen ermöglicht die Übersetzungvon Geschichten in interaktive Produkte und wirkt daher diesem Konflikt entgegen. Im Rahmen dieser Dissertation untersuche ich den Prozess zur Erlebnis-Gestaltung hinsichtlichder Bedeutung von Erlebnis-Prototypen. Ich berichte von drei Fallbeispielen im automobilenBereich, die die Gestaltung und Implementierung verschiedener interaktiver Systemenumfassen. (1) Ein Informationssystem für Elektrofahrzeuge, der Heartbeat, macht den Zustanddes elektrischen Antriebs und den Ladestand der Batterien für den Fahrer visuell undhaptisch erlebbar. Nach der Implementierung mehrerer Prototypen wurde Heartbeat unterBerücksichtigung verschiedener technischer und sicherheitsrelevanter Anforderungen in dieArmaturen eines Fahrzeugmodells integriert, ohne dass dabei das gestaltete Erlebnis verlorengegangen ist. (2) Das Periscope ist ein mobiles Navigationsgerät, das den Insassensoziale Erlebnisse ermöglicht und das Verbundenheitsgefühl stärkt. Durch die Implementierungmehrere Erlebnis-Prototypen und deren Evaluation in verschiedenen Phasen des Entwicklungsprozesseskonnten die gestalteten Erlebnisse konsistent erhalten werden. (3) ImProjekt GestShare wurde das Potential der Interaktion durch Freiraumgesten im Fahrzeuguntersucht. Dabei standen ein Verbundenheitserlebnis des Fahrers und soziale Interaktionenmit Fahrern anderer Fahrzeuge im Fokus. Es wurden mehrere Prototypen implementiert undauch in einer Verkehrssituation evaluiert. Die wichtigsten Beiträge dieser Dissertation sind (1) eine intensive Betrachtung und Anwendungvon Erlebnis-Prototypen im Auto und deren Relevanz bei der Erlebnis-Gestaltung,beruhend auf einer Literaturauswertung und der eigenen Erfahrung innerhalb des Projekts; (2) drei Fallstudien und eine detaillierte Beschreibung mehrere Prototypen in verschiedenenPhasen des Prozesses und (3) Empfehlungen zu Vorgehensweisen bei der Erstellung vonErlebnis-Prototypen hinsichtlich der Eigenschaften wie Nähe zum finalen Produkt, Anzahlder implementierten Details und Interaktivität sowie zur Evaluation im Labor und in tatsächlichenVerkehrssituationen in verschiedenen Phasen des Entwicklungsprozesses

Optimization models and methods for transportation services

Managing transportation services efficiently is essential to both public and private sectors. This dissertation addresses three scheduling problems in modern transportation systems: the network design problem, the train dispatching problem, and the service route design problem. The transportation network design problem with service requirements designs arcs on a directed network and route commodities on the designed arcs so that i) commodities satisfy service requirements and ii) the total cost is minimized. We develop three mathematical programming models: a compact but weak arc-flow formulation, a large but strong path-flow formulation, and a hybrid formulation that uses both the arc-flow and the path-flow representations. We show that the hybrid formulation can significantly strengthen the LP formulation without introducing many variables. To find a good hybrid formulation, we develop columnization and decolumnization algorithms that uses the LP relaxation information to identify commodities that should use the path-flow representation. We also develop valid inequalities for commodities using the path-flow representation. The train dispatching problem schedules the movements of trains on scarce railroad tracks so as to improve the average velocity of trains. We develop a mathematical programming model and strengthen the model using valid inequalities. Besides, we present a heuristic to find a feasible solution quickly, which can serve as the warm-start solution to the MIP solver. For the third problem, we seek to design vehicle routes to deliver and pickup orders for a major grocery chain. We design a GRASP that can incorporate various operational requirements, including warehouse loading capacity, loading sequence, time window requirements, truck volume and weight capacities, and driver time limits. Our GRASP procedure consists of two phases: the solution construction (Phase I) and the Tabu search (Phase II). We show that the neighborhood structure of solutions is highly degenerate, which limits the solution space explored by the Tabu search. We apply the Tabu search with random variable neighborhood to increase the solution space explored.Operations Research and Industrial Engineerin

Proceedings of the 8th Cologne-Twente Workshop on Graphs and Combinatorial Optimization

International audienceThe Cologne-Twente Workshop (CTW) on Graphs and Combinatorial Optimization started off as a series of workshops organized bi-annually by either Köln University or Twente University. As its importance grew over time, it re-centered its geographical focus by including northern Italy (CTW04 in Menaggio, on the lake Como and CTW08 in Gargnano, on the Garda lake). This year, CTW (in its eighth edition) will be staged in France for the first time: more precisely in the heart of Paris, at the Conservatoire National d’Arts et Métiers (CNAM), between 2nd and 4th June 2009, by a mixed organizing committee with members from LIX, Ecole Polytechnique and CEDRIC, CNAM

Emerging Communications for Wireless Sensor Networks

Wireless sensor networks are deployed in a rapidly increasing number of arenas, with uses ranging from healthcare monitoring to industrial and environmental safety, as well as new ubiquitous computing devices that are becoming ever more pervasive in our interconnected society. This book presents a range of exciting developments in software communication technologies including some novel applications, such as in high altitude systems, ground heat exchangers and body sensor networks. Authors from leading institutions on four continents present their latest findings in the spirit of exchanging information and stimulating discussion in the WSN community worldwide

Experience Prototyping for Automotive Applications

In recent years, we started to define our life through experiences we make instead of objectswe buy. To attend a concert of our favorite musician may be more important for us thanowning an expensive stereo system. Similarly, we define interactive systems not only by thequality of the display or its usability, but rather by the experiences we can make when usingthe device. A cell phone is primarily built for making calls and receiving text messages,but on an emotional level it might provide a way to be close to our loved ones, even thoughthey are far away sometimes. When designing interactive technology, we do not only haveto answer the question how people use our systems, but also why they use them. Thus,we need to concentrate on experiences, feelings and emotions arising during interaction.Experience Design is an approach focusing on the story that a product communicates beforeimplementing the system. In an interdisciplinary team of psychologists, industrial designers, product developers andspecialists in human-computer interaction, we applied an Experience Design process to theautomotive domain. A major challenge for car manufacturers is the preservation of theseexperiences throughout the development process. When implementing interactive systemsengineers rely on technical requirements and a set of constraints (e.g., safety) oftentimescontradicting aspects of the designed experience. To resolve this conflict, Experience Prototypingis an important tool translating experience stories to an actual interactive product. With this thesis I investigate the Experience Design process focusing on Experience Prototyping.Within the automotive context, I report on three case studies implementing threekinds of interactive systems, forming and following our approach. I implemented (1) anelectric vehicle information system called Heartbeat, communicating the state of the electricdrive and the batteries to the driver in an unobtrusive and ensuring way. I integrated Heartbeatinto the dashboard of a car mock-up with respect to safety and space requirements butat the same time holding on to the story in order to achieve a consistent experience. With (2)the Periscope I implemented a mobile navigation device enhancing the social and relatednessexperiences of the passengers in the car. I built and evaluated several experience prototypesin different stages of the design process and showed that they transported the designed experiencethroughout the implementation of the system. Focusing on (3) the experience offreehand gestures, GestShare explored this interaction style for in-car and car-to-car socialexperiences. We designed and implemented a gestural prototypes for small but effectivesocial interactions between drivers and evaluated the system in the lab and and in-situ study. The contributions of this thesis are (1) a definition of Experience Prototyping in the automotivedomain resulting from a literature review and my own work, showing the importanceand feasibility of Experience Prototyping for Experience Design. I (2) contribute three casestudies and describe the details of several prototypes as milestones on the way from a anexperience story to an interactive system. I (3) derive best practices for Experience Prototypingconcerning their characteristics such as fidelity, resolution and interactivity as well asthe evaluation in the lab an in situ in different stages of the process.Wir definieren unser Leben zunehmend durch Dinge, die wir erleben und weniger durchProdukte, die wir kaufen. Ein Konzert unseres Lieblingsmusikers zu besuchen kann dabeiwichtiger sein, als eine teure Stereoanlage zu besitzen. Auch interaktive Systeme bewertenwir nicht mehr nur nach der Qualität des Displays oder der Benutzerfreundlichkeit, sondernauch nach Erlebnissen, die durch die Benutzung möglich werden. Das Smartphone wurdehauptsächlich zum Telefonieren und Schreiben von Nachrichten entwickelt. Auf einer emotionalenEbene bietet es uns aber auch eine Möglichkeit, wichtigen Personen sehr nah zusein, auch wenn sie manchmal weit weg sind. Bei der Entwicklung interaktiver Systememüssen wir uns daher nicht nur fragen wie, sondern auch warum diese benutzt werden. Erlebnisse,Gefühle und Emotionen, die während der Interaktion entstehen, spielen dabei einewichtige Rolle. Experience Design ist eine Disziplin, die sich auf Geschichten konzentriert,die ein Produkt erzählt, bevor es tatsächlich implementiert wird. In einem interdisziplinären Team aus Psychologen, Industrie-Designern, Produktentwicklernund Spezialisten der Mensch-Maschine-Interaktion wurde ein Prozess zur Erlebnis-Gestaltung im automobilen Kontext angewandt. Die Beibehaltung von Erlebnissen über dengesamten Entwicklungsprozess hinweg ist eine große Herausforderung für Automobilhersteller.Ingenieure hängen bei der Implementierung interaktiver Systeme von technischen,sicherheitsrelevanten und ergonomischen Anforderungen ab, die oftmals dem gestaltetenErlebnis widersprechen. Die Bereitstellung von Erlebnis-Prototypen ermöglicht die Übersetzungvon Geschichten in interaktive Produkte und wirkt daher diesem Konflikt entgegen. Im Rahmen dieser Dissertation untersuche ich den Prozess zur Erlebnis-Gestaltung hinsichtlichder Bedeutung von Erlebnis-Prototypen. Ich berichte von drei Fallbeispielen im automobilenBereich, die die Gestaltung und Implementierung verschiedener interaktiver Systemenumfassen. (1) Ein Informationssystem für Elektrofahrzeuge, der Heartbeat, macht den Zustanddes elektrischen Antriebs und den Ladestand der Batterien für den Fahrer visuell undhaptisch erlebbar. Nach der Implementierung mehrerer Prototypen wurde Heartbeat unterBerücksichtigung verschiedener technischer und sicherheitsrelevanter Anforderungen in dieArmaturen eines Fahrzeugmodells integriert, ohne dass dabei das gestaltete Erlebnis verlorengegangen ist. (2) Das Periscope ist ein mobiles Navigationsgerät, das den Insassensoziale Erlebnisse ermöglicht und das Verbundenheitsgefühl stärkt. Durch die Implementierungmehrere Erlebnis-Prototypen und deren Evaluation in verschiedenen Phasen des Entwicklungsprozesseskonnten die gestalteten Erlebnisse konsistent erhalten werden. (3) ImProjekt GestShare wurde das Potential der Interaktion durch Freiraumgesten im Fahrzeuguntersucht. Dabei standen ein Verbundenheitserlebnis des Fahrers und soziale Interaktionenmit Fahrern anderer Fahrzeuge im Fokus. Es wurden mehrere Prototypen implementiert undauch in einer Verkehrssituation evaluiert. Die wichtigsten Beiträge dieser Dissertation sind (1) eine intensive Betrachtung und Anwendungvon Erlebnis-Prototypen im Auto und deren Relevanz bei der Erlebnis-Gestaltung,beruhend auf einer Literaturauswertung und der eigenen Erfahrung innerhalb des Projekts; (2) drei Fallstudien und eine detaillierte Beschreibung mehrere Prototypen in verschiedenenPhasen des Prozesses und (3) Empfehlungen zu Vorgehensweisen bei der Erstellung vonErlebnis-Prototypen hinsichtlich der Eigenschaften wie Nähe zum finalen Produkt, Anzahlder implementierten Details und Interaktivität sowie zur Evaluation im Labor und in tatsächlichenVerkehrssituationen in verschiedenen Phasen des Entwicklungsprozesses

Proactive Approaches for System Design under Uncertainty Applied to Network Synthesis and Capacity Planning

The need to design systems under uncertainty arises frequently in applications such as telecommunication network configuration, airline hub-and-spoke/inter-hub network design, power grid design, transportation system design, call center staffing, and distribution center design. Such problems are very challenging because: (1) design problems with sophisticated configuration requirements for medium to large scale systems often yield large-sized linear/nonlinear mathematical models with both continuous and discrete decision variables, and (2) in most cases input parameters such as demand arrival rates are subject to uncertainty, whereas engineers have to make a design decision ``today,'' before the outcomes of the uncertain parameters can be observed. The purpose of this study was to develop proactive modeling methodologies and effective solution techniques for such system design problems. Particular emphasis was placed on a network design problem with connectivity and diameter requirements under probabilistic edge failures and a service system capacity planning problem under uncertain demand rates.Industrial Engineering & Managemen

LIPIcs, Volume 274, ESA 2023, Complete Volume

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