A methodology to determine size and shape of plots for sugarcane plantation

Brazil is the largest sugarcane producer in the world and the leader in the production of sugar and ethanol. Although sugarcane has become an important factor in the Brazilian economy, cultivation has presented many issues, for example, the problems due to burning before the manual harvest. The Brazilian authorities have approved a law that prohibits this practice and mechanized harvesting has thus become the most fitting approach. Given this development, areas for sugarcane plantation must be properly rebuilt to accommodate the new way of harvesting. The main characteristic demanded of sugarcane plots to use harvesting machines is that they must be rectangular. In the present paper, we propose a methodology for dividing the plantation area into plots and planning their allocation so as to accommodate mechanized harvesting. In view of the requirement for plots to be rectangular, we represented this problem as a two-dimensional cutting problem, and to find a solution we adopted the AND/OR graph approach. The computational experiments were conducted using real cases, and the proposed strategy was shown to perform well

Simulação de um modelo de otimização de biodigestores para a produção sustentável de bioenergia / Simulation of an optimization model of biodigesters for the sustainable production of bioenergy

Com a escassez de combustíveis fósseis, fontes alternativas de energia renovável fizeram com que o biogás ganhasse destaque. O biogás é obtido do processo de fermentação de resíduos orgânicos, entre eles, dejetos de animais como suínos, bovinos e aves. A produção desse gás ocorre em biodigestores, que são equipamentos compostos basicamente por um gasômetro e uma câmara fechadana qual os resíduos orgânicos são digeridos por um consórcio de bactérias anaeróbias, gerando o biogás e também biofertilizante. O biodigestor tem ainda a finalidade de descontaminação dos resíduos a partir do processo de biodigestão, contribuindo com a diminuição da poluição causada por estes dejetos. Entre os possíveis tipos de biodigestores, o modelo indiano éestudado neste trabalho. Um modelo de otimização não-linear inteiro misto é proposto para auxiliar na escolha de quais biodigestores devem ser colocados em operação, visando obter a máxima produção de biogás e atender as restrições de demanda de energia local e de clientes de uma propriedade rural. Uma linearização para o modelo proposto também é apresentada e uma simulaçãocomputacionalérealizada com dados reais, mostrando a eficiência do modelo proposto

"O problema de corte de estoque com reaproveitamento das sobras de material"

Os problemas de corte de estoque unidimensional consistem em cortar um conjunto de peças disponíveis em estoque para produzir um conjunto de itens em quantidades especificadas, em que apenas uma dimensão é relevante. Tais problemas têm inúmeras aplicações industriais e são bastante estudados na literatura. Tipicamente, esses problemas de corte apresentam uma característica comum - a minimização das perdas -entretanto, neste trabalho, consideramos que se uma perda é suficientemente grande para ser reaproveitada no futuro, não deve ser contabilizada como perda. Isto introduz uma postura diferente frente ao problema de corte: até que ponto a solução de perda mínima é a mais interessante, já que sobras podem ser reaproveitadas? Algumas características para considerar se uma solução é desejável são definidas e alterações em métodos heurísticos clássicos são propostas, de modo que os padrões de corte com perdas indesejáveis (nem tão grande, nem tão pequena) sejam alterados. As análises das soluções heurísticas são realizadas com base na resolução de um conjunto de classes de exemplos geradas aleatoriamente

Some extensions of the cutting stock problem with usable leftovers

Os problemas de corte de estoque consistem em cortar um conjunto de objetos dispon´veis em estoque para produzir um conjunto de itens em quantidades e tamanhos especificados, de modo a otimizar uma fun¸cao objetivo. Tais problemas tem in´umeras aplica¸coes industriais e tem sido bastante estudados na literatura. Tipicamente, problemas de corte tem como principal objetivo a minimiza¸cao das sobras. Entretanto, como a qualidade dos padroes de corte depende diretamente dos tamanhos e quantidades dos itens a serem produzidos, nesta tese, consideramos que se a demanda presente gerar sobras indesej´aveis (nem tao grandes para serem aproveit´aveis, nem tao pequenas para serem perdas aceit´aveis), entao conv´em gerar retalhos (nao comput´aveis como perda) que serao utilizados para produzir itens de demandas futuras. Desta forma, algumas caracter´sticas desej´aveis para uma boa solu¸cao sao definidas e altera¸coes em m´etodos heur´sticos cl´assicos sao apresentadas, de modo que os padroes de corte com sobras indesej´aveis sao alterados. Para os problemas de corte unidimensionais, desenvolvemos procedimentos heur´sticos que consideram o aproveitamento de sobras, mantendo como o principal objetivo a minimiza ¸cao das perdas. Outra abordagem para este problema, considera o caso em que al´em da minimiza¸cao das perdas, os retalhos dispon´veis em estoque devem ter prioridade de uso em rela¸cao aos demais objetos durante o processo de corte. A an´alise do desempenho dos procedimentos heur´sticos propostos quando somente a minimiza¸cao das perdas ´e considerada, ´e realizada com base em exemplos da literatura, exemplos pr´aticos e exemplares gerados aleatoriamente. Para os procedimentos heur´sticos que priorizam o corte dos retalhos do estoque, al´em de exemplares da literatura, simulamos uma situa¸cao em m´ultiplos per´odos na qual problemas de corte de estoque em sucessivos per´odos sao resolvidos. A cada per´odo, um problema para o per´odo seguinte ´e gerado considerando atualiza¸coes do estoque, os retalhos gerados nos per´odos anteriores e uma nova demanda de itens que ´e v gerada aleatoriamente. No caso bidimensional, tamb´em consideramos problemas em que, al´em da perda m´nima, os retalhos dispon´veis em estoque devem ter prioridade de corte em rela¸cao aos demais objetos. Para resolver este problema, altera¸coes foram realizadas na abordagem grafo E/OU e em procedimentos heur´sticos da literatura. A an´alise do desempenho dos procedimentos heur´sticos propostos considera problemas pr´aticos retirados da carteira de pedidos de uma pequena empresa de esquadrias met´alicas. Devido `a dificuldade na an´alise dos procedimentos heur´sticos desenvolvidos que consideram o aproveitamento de sobras (as solu¸coes apresentam caracter´sticas importantes e conflitantes), tamb´em apresentamos neste trabalho uma estrat´egia fuzzy para facilitar a analise das solu¸coes obtidas. Os testes computacionais sao realizados considerando os procedimentos heur´sticos desenvolvidos para os problemas de corte unidimensionais com sobras aproveit´aveis e problemas gerados aleatoriamenteCutting stock problems consist of cutting a set of available objects in order to produce ordered items in specified amounts and sizes, in such way to optimize an objective function. Such problems have a great number of industrial applications and are widely studied in the literature. Typically, cutting problems have as main objective the minimization of the leftovers. However, since the cutting patterns quality depends directly of the sizes and amounts of the items that will be produced, in this tesis, we consider that if the present demand to generate undesirable waste (not large enough to be used, nor too small to be acceptable waste), then it is better to generate retails (not computed as waste) that will be used to produce items to meet future demands. In this way, some desirable characteristics for a good solution are defined and alterations in classical heuristic methods are presented, such that the cutting patterns with undesirable waste are altered. To the one-dimensional cutting stock problems, we developed heuristic procedures that consider the usable leftovers and preserve as main objective the minimization of the waste. Other approach for this problem considers the case in witch, beside minimal waste, the available retails in stock must be used with priority in relation to the other objects during the cutting process. The performance of the modified heuristics procedures, when only the minimal waste is considered, is observed by solving instances from the literature, practical instances and randomly generated instances. For heuristic procedures that prioritize the cut of retails of the stock, beside the instances from the literature, we simulated a situation in multiple periods in that cutting stock problems in successive periods are solved. In each period, a problem to the next period is generated considering updating of the stock, the retails generated in previous periods and a new demand of items that is randomly generated. For the two-dimensional cutting problems, we also consider problems in that, beside minimization of the waste, the available retails in stock must be used with priority vii in relation to the other objects. To solve this problem, alterations were realized in an AND/OR graph approach and in heuristic procedures of the literature. The performance of the proposed heuristics procedures is observed by solving practical instances provided by a small metallic frameworks industry. Due to difficulty in analyze the heuristic procedures developed for the cutting stock problem with usable leftover (the solutions present important and conflicting characteristics), we also present a fuzzy strategy to facilitate the analysis of the obtained solutions. The computational results are realized considering the developed heuristic procedures to the one-dimensional cutting stock problem with usable leftover and randomly generated instance

BARREIRAS E FACILITADORES NA INTERSECÇÃO DO USO DE BIODIGESTORES NA ECONOMIA CIRCULAR

Nos últimos anos as pesquisas sobre os benefícios do uso de biodigestores aumentaram consideravelmente. A implementação e uso de biodigestores, entre outras vantagens, contribui para a redução de gases do efeito estufa, melhor descarte de resíduos sólidos e autossuficiência energética. Os biodigestores são equipamentos compostos por um gasômetro e uma câmara fechada, sem a entrada de oxigênio, e que atuam como reatores químicos, transformando a matéria orgânica em biogás e biofertilizantes. Paralelamente a isso, a abordagem da Economia Circular (EC) visa o crescimento econômico contínuo, em um ciclo fechado, com maior aproveitamento dos recursos naturais e reaproveitamento dos resíduos, preservando os recursos disponíveis para as gerações futuras. O objetivo deste trabalho é identificar os principais artigos e autores que relacionam os temas Biodigestores e EC, além de enunciar as barreiras e os facilitadores apresentados por esses trabalhos. O método de pesquisa empregado foi o de revisão bibliométrica dos artigos filtrados seguida por uma análise detalhada de cada um deles. A pesquisa bibliométrica demonstrou um aumento na publicação dos dois temas de maneira integrada. Além disso, identificou-se aplicações dos biodigestores para a EC, tais como o uso de dutos para redução do custo de transporte, e a integração com mais fontes renováveis como meio para aumentar a eficiência energética.

The one-dimensional cutting stock problem with usable leftover - A heuristic approach

In this work we consider a one-dimensional cutting stock problem in which the non-used material in the cutting patterns may be used in the future, if large enough. This feature introduces difficulties in comparing solutions of the cutting problem, for example, up to what extent a minimum leftover solution is the most interesting one when the leftover may be used. Some desirable characteristics of good solutions are defined and classical heuristic methods are modified, so that cutting patterns with undesirable leftover (not large enough to be used, nor too small to be acceptable waste) are redesigned. The performance of the modified heuristics is observed by solving instances from the literature, practical instances and randomly generated instances.Cutting stock problems Usable leftover

RESOLUTION OF THE UNIDIMENSIONAL CUTTING STOCK PROBLEM WITH USABLE LEFTOVER

In this work we consider a one-dimentional cutting stock problem in which the non-used material in the cutting patterns may be used in the future, if large enough. This feature introduces difficulties in comparing solutions of the cutting problem, for example, up to what extent a minimum leftover solution is the most interesting one when the leftover may be used? Some desirable characteristics of good solutions are defined and classical heuristic methods are modified, so that cutting patterns with undesirable leftover (not large enough to be used, nor too small to be acceptable waste) are redesigned. The performance of the modified heuristics are observed by solving instances from the literature and practical instances

Inferência fuzzy para o problema de corte de estoque com sobras aproveitáveis de material

Nesse trabalho, e estudado o problema de corte de estoque com sobras aproveitaveis (PCESA), que consiste em determinar uma política de aproveitamento das sobras de objetos cortados. Estas sobras, desde que não sejam demasiadamente pequenas, podem retornar ao estoque como retalhos para atender demandas futuras, não sendo, portanto, consideradas perdas. Para resolver o PCESA, podem ser utilizados varios procedimentos heurísticos propostos na literatura. Entretanto, e difícil identificar o melhor método de solução, pois cada um deles apresenta uma solução diferente em relação as características de interesse do problema, como quantidade de retalhos produzidos, perdas e distribuição de perdas e retalhos nos objetos. Para superar essa dificuldade, propoe-se utilizar técnicas da lógica fuzzy para considerar a contributo de cada característica de interesse na solução, classifica-la de acordo com critérios pré-estabelecidos e, finalmente, identificar o melhor método com base na respectiva solução. Com a metodologia fuzzy desenvolvida, facilitou-se a análise dos métodos de soluçãoIn this paper, we study the cutting stock problem with usable leftovers (CSPUL), that consists in determining a policy of usable leftovers from cut objects. These leftovers, if large enough, can returned to the stock as retails in order to fulfill future demands and, therefore, they are not computed as waste. In order to solve the CSPUL, several heuristic procedures from the literature can be used. However, it is hard to point out which solution method performs better, since each one presents different solutions regarding some conflicting characteristics, such as quantity of new retails generated, wastes, and distribution of the wastes and retails in the cut objects. To overcome this difficulty, we propose some fuzzy techniques to consider the contribution of each characteristic in the solution, classify it according some criteria beforehand considered and, finally, identify the best solution method based on the respective solution. With the proposed fuzzy methodology, the solution methods analysis was simplifiedConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

A NEW MATHEMATICAL MODEL FOR THE CUTTING STOCK/LEFTOVER PROBLEM

ABSTRACT This paper addresses the cutting stock/leftover problem (CSLP), which differs from the ordinary cutting stock problem (CSP) by retaining stock leftovers that can be cut in the future to meet new demands. Therefore, leftovers are not considered waste in the current period. A new mathematical model for the CSLP is presented to capture a well-used strategy in the practice of cutting, which consists of partially cutting the objects in stock, and keeping the leftovers to be cut in the next periods. Computational experiments were made for the one-dimensional case, although other dimensions can be considered straightforward