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1

Programação dinâmica aplicada a finanças

Baídya, Tara Keshar Nanda; Aiube, Fernando Antônio Lucena
1997-12-01

Resumo em português Este artigo mostra a aplicação da programação dinâmica estocástica e o seu uso em Finanças. Um dos objetivos mais usuais da teoria financeira é determinar a trajetória ou caminho ótimo para determinada variável. Brennan e Schwartz (1985) analisaram economicamente o investimento na exploração de um recurso mineral. Determinaram o valor do projeto e o instante ótimo de realizar o investimento. Para tal, usaram os conceitos da teoria das opções e técnicas de (mais) avaliação por arbitragem. Este artigo obtém o mesmo modelo usando a programação dinâmica e os conceitos de finanças em tempo contínuo Resumo em inglês This paper shows the dynamic programming approach related to Finance Theory. We exhibit how to construct the optimal path, one of the most important aims in the Finance. Brennan and Shwartz (1985) derived their model to evaluate a project of mining using option pricing theory and arbitrage approach. This is an use of option theory to evaluate a real project. Here we obtain the same model as an example, using stochastic dynamic programming

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Aplicação da programação dinâmica na substituição de povoamentos florestais/ Application of dynamic programming for forest stand replacement

Silva, Márcio Lopes da; Silva, Rodrigo Firmino da
2007-12-01

Resumo em português Objetivaram-se, neste estudo, desenvolver e aplicar dois modelos de programação dinâmica para decidir sobre a melhor opção de manejo de um povoamento florestal ao longo do horizonte de planejamento. Com os modelos, procurou-se maximizar os lucros através de uma relação de recorrência referente às receitas e aos custos ao longo dos anos a partir de um modelo tradicional de substituição de equipamentos. Os resultados de ambos os modelos indicaram, para a maioria (mais) das situações, como melhor opção não cortar povoamentos jovens, seguido de cortar e reformar ou cortar e conduzir a brotação para os povoamentos com idades mais avançadas, isso para todos os estágios (de f1 a f7). A vantagem de se usar a PD, neste caso, é que esta ferramenta oferece ao planejador uma gama maior de alternativas na hora da tomada de decisão. Conclui-se que, quando uma empresa quer maximizar os lucros de um povoamento florestal, sem se preocupar com o horizonte de planejamento ou com a floresta regulada, deveria optar pela idade ótima de corte simples tradicionalmente conhecida como rotação econômica. Porém, se a empresa quer tomar decisões para um horizonte de planejamento definido e posteriormente deseja vender a terra e a floresta, as alternativas são muitas, pois a empresa pode optar por cortar agora ou postergar o corte, conduzir a brotação ou reformar. Nesse caso, o modelo de PD desenvolvido aqui pode apresentar tais alternativas e indicar a melhor. Resumo em inglês This work aims to develop and apply two models of dynamic programming to decide the best option of management of a forest stand along the planning horizon. The models aimed to maximize profit through a relation of recurrence concerning revenues and costs along the years and it was constructed based on a traditional model of replacement equipment. The results of both the models indicate that the best option for most situations is not to cut the young stands, followed by cu (mais) tting and remodeling or cutting and lead to shooting for the older stands for all the training periods ( f1 through f7). The advantage of using DP, in this in case, is that this tool offers the planner a wider gamma of decision-making alternatives. It was concluded that for a company to maximize forest stand profits, without being concerned about planning horizon or regulated forest, it would have to opt for the traditionally known economic rotation. However, if the company wants to make decisions for a definite horizon planning and later sell the land and the forest, the alternatives are many. Thus, the company can opt for cutting immediately or delaying the cut, perform the shootings or remodel. In this case, the DP model developed can present such alternatives and indicate the best options.

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Aplicação da programação dinâmica na substituição de equipamentos/ Application of dynamic programming in equipment substitution

Marques, Gláucio Marcelino; Silva, Márcio Lopes da; Leite, Hélio Garcia; Fontes, Alessandro Albino
2005-10-01

Resumo em português Este trabalho teve como objetivo desenvolver um modelo de programação dinâmica, para determinar o momento ótimo de substituição de equipamentos, incorporando-se as receitas geradas pelo uso e descarte da máquina. Tal modelo deverá procurar maximizar os lucros através de uma relação de recorrência referente às receitas e aos custos ao longo dos anos. Desse modo, comparou-se o modelo proposto com um tradicional de substituição, que inclui apenas custos, utili (mais) zado por Filgueiras (1997). O modelo proposto foi satisfatório, de acordo com o objetivo do trabalho, pois com o seu desenvolvimento foi possível oferecer decisões ótimas de substituir ou reter o equipamento. Tal modelo se apresentou mais flexível, podendo ser utilizado em situações em que o equipamento gera receitas diretas (como no caso de aluguel ou receitas de fretes) ou não. Quando não se utilizam receitas, os resultados são idênticos aos do modelo tradicional. Constatou-se, também, que o modelo proposto é mais suscetível a aumentos no valor de aquisição do equipamento, enquanto o modelo sem receita é mais sensível a variações na taxa de juros. Observou-se que a aplicação da Programação Dinâmica oferece ao planejador uma gama de alternativas bem maior para auxiliar a tomada de decisão. Resumo em inglês The objective of this work was to develop a dynamic programming model to determine the optimal time to replace equipment, including the incomes generated by the use and removal of the machine, aiming at the maximization of profits through a recurrence relation related to the incomes and costs along the years. Thus, the proposed model was compared to the traditional replacement model using the dynamic programming that does not include the income generated by the equipment, (mais) used by Filgueiras (1997). The model proposed was satisfactory according to the objective of the work, as its development made it possible to offer optimal decisions to replace or maintain the equipment. The model that includes only the costs showed to be best recommended in situations where the equipment is used without concern of generating annual incomes. On the other hand, the model developed can be used in situations where the equipment generates direct incomes or not. The model developed with the income showed to be efficient, and a greater susceptibility to a raise in the purchase value of the equipment was observed, whereas the model without concern to income is more susceptible to variations of interest rates. The advantage in using the dynamic programming (PD) in this case is that this tool offers a much greater range of alternatives at the moment of the decision making.

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Um método heurístico baseado em programação dinâmica para o problema de corte bidimensional guilhotinado restrito/ A heuristic method based on dynamic programming for the constrained two-dimensional guillotine cutting problem

Silveira, Rejane Joas; Morabito, Reinaldo
2002-04-01

Resumo em português Neste artigo estudamos um caso particular dos problemas de corte, denominado problema bidimensional guilhotinado restrito (PGR). O PGR é um problema NP-difícil que aparece em diversos processos industriais de corte de chapas retangulares, em particular, na indústria de vidro e placas de circuito impresso. Para resolvê-lo, exploramos uma variação do método exato de CHRISTOFIDES & HADJICONSTANTINOU (1995), baseada numa relaxação do espaço de estados de uma formula (mais) ção de programação dinâmica do PGR, num procedimento do tipo otimização do subgradiente, e numa heurística de factibilização. O resultado é um método sem garantia de otimalidade, porém bem mais rápido e capaz de resolver problemas maiores do que o método exato de Christofides e Hadjiconstantinou. O desempenho computacional do método é avaliado resolvendo-se diversos exemplos da literatura e exemplos aleatórios, e comparando-se as soluções obtidas com as de CHRISTOFIDES & HADJICONSTANTINOU (1995) e da conhecida heurística de WANG (1983). Resumo em inglês In this paper we study a particular case of two-dimensional cutting problems named constrained guillotine cutting (CGC). The CGC is an NP-hard problem that appears in different industrial processes of cutting rectangular plates, such as in the glass and circuit board industries. To solve the problem we present a variation of the exact method of CHRISTOFIDES & HADJICONSTANTINOU (1995), based on a state space relaxation of a dynamic programming formulation of the CGC, a pro (mais) cedure of subgradient optimization type, and a feasibility heuristic. The result is a method without guarantee of optimality, however, faster and able to solve larger problems than the exact method of Christofides and Hadjiconstantinou. The computational performance of the approach is evaluated solving several examples of the literature as well as randomly generated examples, and comparing the solutions obtained with the ones of Christofides and Hadjiconstantinou’s method and the well-known heuristic of WANG (1983).

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Geração de padrões de cortes bidimensionais guilhotinados restritos via programação dinâmica e busca em grafo-e/ou/ Generation of constrained two-dimensional guillotine cutting patterns via dynamic programming and and/or-graph search

Morabito, Reinaldo; Pureza, Vitória
2007-04-01

Resumo em português Um método heurístico para geração de padrões de cortes bidimensionais guilhotinados restritos, baseado no método exato de Christofides e Hadjiconstantinou (1995) foi proposto em Silveira e Morabito (2002). O método combina uma relaxação do espaço de estados de uma formulação de programação dinâmica, um procedimento do tipo otimização do subgradiente e uma heurística de factibilização. Neste trabalho, o método de Silveira e Morabito é modificado com a (mais) utilização de uma heurística de factibilização mais efetiva que a anterior, e com uma abordagem de busca em grafo-e/ou para geração de boas soluções iniciais. Resultados computacionais de exemplos da literatura e gerados aleatoriamente indicam que o método refinado tem desempenho bem superior ao anterior, e é competitivo diante de outros métodos propostos na literatura. Resumo em inglês A heuristic method for generating constrained two-dimensional guillotine cutting patterns based on the exact method by Christofides and Hadjiconstantinou (1995) was presented in Silveira and Morabito (2002). The method combines a state space relaxation of a dynamic programming formulation, a subgradient optimization procedure and an inner heuristic that turn infeasible solutions provided in each step of the optimization procedure into feasible solutions. In this work, the (mais) method of Silveira and Morabito is modified by using a more effective inner heuristic, and an and/or-graph search approach in order to generate good initial solutions. Results for benchmark and randomly generated instances indicate that the refined method's performance is superior to the previous one, and it is competitive face to other methods proposed in the literature.

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Reconfiguração dinâmica de linhas de montagem

Silva Júnior, Ormeu Coelho da; Miranda Júnior, Gilberto de; Conceição, Samuel Vieira
2010-04-01

Resumo em português Neste trabalho se propõe um novo problema envolvendo linhas de montagem. Nele se considera a necessidade de reconfiguração devido à mudança no tempo de ciclo requerido. Para tratá-lo, foram propostos quatro modelos de programação inteira mista, sendo três deles baseados em um horizonte de planejamento discretizado em períodos, o que dá ao problema um caráter dinâmico. Simultaneamente, força-se a suavização da carga de trabalho entre as estações, limitand (mais) o-a com valores mínimos e máximos. Os modelos foram implementados em um pacote comercial de programação matemática e os resultados de alguns testes preliminares são reportados. Comparações entre o uso sucessivo de abordagens clássicas (tipo SALBP) e a modelagem dinâmica demonstram a superioridade da abordagem proposta. Resumo em inglês In this paper we present a new problem involving assembly lines. It arises when successive variations in the cycle time force line re-configuration. We propose four mixed integer programming formulations for the problem, three of them using a time horizon divided in periods. Such assumption gives the problem a dynamic character. The models try to smooth the workload among the stations by forcing it to fall between minimum and maximum values predefined by the user. They we (mais) re implemented in a commercial package for mathematical programming and some results are reported. Comparisons were made against the repetitive use of classical models (SALBP like) to demonstrate the superiority of this new approach.

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Programação de operações em sistemas com tempo de processamento variável

Carvalho, José Manuel Valério de; Carvalho, Mª Sameiro de; Oliveira, José António
2002-07-01

Resumo em português Neste artigo analisa-se um problema de planeamento de operações com tempos de processamento variável. Em particular, este projecto está relacionado com o planeamento de operações de carga de camiões em armazéns automáticos. As operações podem ser vistas como tarefas executadas em paralelo, com tempos de disponibilidade (data de chegada dos camiões) e datas de entrega (data de cut off). Os tempos de processamento das tarefas são variáveis e dependem do númer (mais) o de tarefas a serem processadas simultaneamente; para garantir a taxa de expedição nominal de funcionamento do armazém, é necessário impor um número mínimo de tarefas em execução simultânea. Apresenta-se um procedimento baseado em programação dinâmica com os tempos de expedição dos camiões ordenados pela regra EDD. A eficiência do algoritmo é também discutida. Resumo em inglês In this work a scheduling operation problem with variable processing times is analysed. In particular this project is concerned with the scheduling of the truck load operations in an automatic warehouse. The truck load operations can be assumed as processing tasks in parallel, with ready times (availability of the trucks) and due dates (trip cut off time). Processing time is variable and depends upon the number of tasks simultaneously in progress; a minimum number of simu (mais) ltaneous tasks is imposed to guarantee the nominal rate of expedition of the warehouse. A procedure based on Dynamic Programming with truck expedition times ordered by EDD rule is presented. The algorithm efficiency is also discussed.

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Programação de operações em sistemas com tempo de processamento variável e com buffers de preparação/ Scheduling variable processing time operations in systems with buffers

Oliveira, José António; Carvalho, M.ª Sameiro de; Carvalho, J. M. Valério de
2004-12-01

Resumo em português Neste artigo apresenta-se um problema de planeamento de operações para a expedição de mercadorias em camiões num sistema automático de armazenamento. O carregamento de um camião pode ser entendido como o processamento de uma tarefa com data de disponibilidade e data de entrega. Os tempos de processamento das tarefas são variáveis e dependem do número de tarefas a serem processadas simultaneamente. Neste sistema de armazenamento existe a possibilidade de iniciar (mais) o processamento de uma tarefa antes da sua data de disponibilidade, utilizando para o efeito uma zona de preparação antecipada, que substitui temporariamente o camião. Diariamente, dado um conjunto de tarefas a processar, pretende-se elaborar o plano operacional para a sua execução de modo a minimizar a soma dos atrasos na expedição. Apresenta-se um procedimento baseado em programação dinâmica para a definição do plano operacional relativo à expedição dos camiões com o objectivo de minimizar a soma dos atrasos, estudando-se a sua eficiência computacional. Resumo em inglês In this work a scheduling operation problem with variable processing times is analysed. In particular this project is concerned with the scheduling of the truck load operations and the preparation of loads in buffers in an automatic warehouse. The truck load operations can be assumed as processing tasks with ready times (availability of the trucks) and due dates (trip cut off time). Additionally, it is possible to process a task before ready time by using a buffer where a (mais) truck load is assembled to be transferred to the truck in a later time period. Processing time is variable and depends upon the number of tasks simultaneously in progress. A minimum number of simultaneous tasks is assumed in order to guarantee a maximum, nominal, rate of expedition. A procedure based on Dynamic Programming with truck expedition times ordered by EDD rule is presented. The algorithm efficiency is also discussed.

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Otimização nos padrões de corte de chapas de fibra de madeira reconstituída: um estudo de caso

Belluzzo, Luciano; Morabito, Reinaldo
2005-12-01

Resumo em português Fábricas de chapas de fibra de madeira reconstituída (hardboards) transformam eucalipto em chapas retangulares por meio de processos de desagregação, prensagem e secagem. Estas chapas são então cortadas em chapas retangulares menores para atender às demandas de clientes. A programação do processo de corte é uma atividade importante no planejamento e controle da produção dessas empresas devido aos altos custos envolvidos com as perdas do material cortado. Neste (mais) artigo apresentamos abordagens para gerar padrões de corte que minimizem as perdas de material, satisfazendo as restrições dos equipamentos de corte e a demanda dos clientes. Propomos um algoritmo baseado em programação dinâmica, que pode ser combinado com simples heurísticas construtivas gulosas ou com o algoritmo primal simplex com geração de colunas. Um estudo de caso foi realizado em uma grande empresa do setor, localizada no interior de São Paulo, cujo processo de corte envolve uma tecnologia com alto nível de automação. Os resultados mostram que as abordagens têm potencial para gerar boas soluções comparadas com as utilizadas pela empresa. Resumo em inglês Hardboard factories transform eucalyptus into rectangular plates by means of processes of disintegration, pressing and drying. These plates are then cut into smaller rectangular plates to satisfy customer demands. The scheduling of the cutting process is an important activity of the production planning and control of these companies due to the high costs related to trim losses. In this paper we present approaches to generate cutting patterns that minimize the waste of mat (mais) erial, satisfying the constraints of the cutting equipment and the customer demands. We propose an algorithm based on dynamic programming, which can be combined with simple greedy constructive heuristics or the simplex primal algorithm with column generation. A case study was carried out in a large hardboard company located in Sao Paulo State, whose cutting process involves a technology with high degree of automation. The results show that the approaches have potential to produce good solutions compared to the ones utilized by the company.

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A incorporação de corredores de conectividade no manejo de florestas industriais utilizando a heurística da RazãoR

Moreira, José Mauro Magalhães Ávila Paz; Rodriguez, Luiz Carlos Estraviz
2010-06-01

Resumo em português Modelos de planejamento florestal com restrições espaciais resultam em problemas matemáticos combinatoriais de difícil resolução. O procedimento mais apropriado, neste caso, é desenvolver métodos heurísticos, em vez das técnicas tradicionais de programação linear. O objetivo deste trabalho é aplicar, aprimorar e avaliar o desempenho da heurística denominada RazaoR (NOBRE e RODRIGUEZ, 2005), desenvolvido para a solução de problemas de planejamento florestal (mais) formulados integralmente com variáveis binárias e de acordo com o modelo Tipo I (JOHNSON e SCHEURMAN, 1977 apud CLUTTER et al., 1992, p. 281). O método incorpora restrições espaciais de conectividade entre os fragmentos de vegetação nativa adjacentes às florestas de produção. O déficit de conectividade das soluções foi avaliado a partir de um algoritmo recursivo baseado na Teoria de Grafos e em técnicas de programação dinâmica. Como estudo de caso, utilizou-se uma fazenda de uma empresa de celulose do estado de São Paulo. A heurística foi eficaz e eficiente no número de iterações necessárias para encontrar medidas viáveis para o problema, mostrando-se ineficiente apenas no tempo computacional exigido. Os valores da função objetivo das soluções encontradas variaram de 99,71% a 99,83% do valor da solução ótima, com uma média de 48 iterações. Resumo em inglês Planning models that connect natural forests through corridors formed by industrial forests result in combinatorial mathematical problems that are difficult to solve and demand special techniques. The main objective of this paper is to apply, improve and evaluate the performance of a heuristic method named R-ratio (NOBRE and RODRIGUEZ, 2005), developed to solve forest planning problems that consider exclusively binary variables and are formulated as a model Type I harvest (mais) scheduling problem (JOHNSON and SCHEURMAN, 1977 apud CLUTTER et al., 1992, p. 281). The solution's connectivity deficit was evaluated by a recursive algorithm based on the Graph Theory and dynamic programming techniques. A farm of industrial forest that supplies round wood to a pulp wood company in the State of São Paulo was used as a study case. The method was effective in creating feasible solutions after a few number of interactions, showing inefficiency only in the computational time required. The objective function values of the solutions provided by the heuristic vary from 99.71% to 99.83% of the optimal solution found by a mixed integer linear programming, with an average of 48 interactions.

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Análise do armazenamento de milho no Brasil em um mercado de economia aberta

Guimarães, Vania Di Addario; Barros, Geraldo Sant'Ana de Camargo
2006-12-01

Resumo em português O estudo desenvolve um modelo dinâmico de expectativas racionais para analisar o mercado de milho no Brasil no final da década de 1990, no qual o governo intervém com uma política de subsídio ao produtor, através do Prêmio para Escoamento de Produto (PEP) e considerando ainda o comércio internacional. O modelo é estimado através de programação dinâmica estocástica. Os resultados mostram que a abertura do mercado transfere para o comércio exterior o papel de (mais) amortecedor de choques de oferta e demanda internos que, no caso de mercados fechados, é desempenhado pelos estoques entre anos safra. Os resultados sugerem que, dependendo dos valores relativos entre o preço mínimo e o preço de exportação, a política de subsídio pode levar o país à condição de exportador, às custas de gastos crescentes para o governo. Resumo em inglês A dynamic rational expectation storage models was developed to represent the Brazilian corn market in the late 90’s. In theses years the Brazilian agricultural price policy changed from a buffer stock scheme to a producer price subsidy (Prêmio para Escoamento de Produto - PEP) and the Brazilian market was open to international trade. The model was estimated through stochastic dynamic programming. The results show that with open markets, exports and imports play the role (mais) of shocks absorbers, played by storage in closed economies. Results suggest that the producer price subsidy policy may lead the country to be an exporter, depending on the relative values between minimum price and export price at the cost of ever increasing government expenditures.

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Geração de padrões ótimos de corte através de algoritmos de traçamento aplicados a fustes individuais/ Optimal bucking pattern generation through cutting algorithms applied to individual stems

Arce, Julio Eduardo; MacDonagh, Patricio; Friedl, Ramón Alejandro
2004-04-01

Resumo em português No presente trabalho descreve-se uma metodologia de otimização do corte ou traçamento de árvores para obtenção de multiprodutos em nível de fustes individuais. A geração dos padrões ótimos de corte foi realizada através de dois módulos: 1) um algoritmo heurístico que identifica os cortes potenciais (números úteis), que devem ser avaliados ao longo do fuste; e 2) um algoritmo com base na programação dinâmica (PD), que determina a combinação ótima de t (mais) oras de cada tipo de comprimento a serem retiradas do fuste, visando maximizar o seu comprimento utilizado. Um exemplo da obtenção dos padrões ótimos de corte para um conjunto de 25 fustes é apresentado. O traçamento ótimo e o traçamento real obtido pelo motosserrista foram comparados. O resíduo de madeira deixado na floresta foi reduzido de 16 para 5% através dos padrões de corte ótimos. Resumo em inglês This work describes a method of optimizing individual tree stem bucking operations. The individual optimal cutting patterns were generated by means of two modules: 1) a heuristic algorithm which identifies the potential cuts (useful numbers) to be evaluated along the stem, and 2) a Dynamic Programming based-algorithm to determine the optimum combination of products to be obtained to maximize stem profit. An example is provided to illustrate the optimum cutting patterns fo (mais) r 25 individual stems. Optimal and conventional bucking patterns were compared. Residues were reduced from about 16% to 5% by means of the optimal bucking patterns.

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Planejamento agregado da produção ótimo com limite mínimo de estoque influenciado pelas incertezas de demanda/ Optimal aggregate production planning with minimum inventory limit affected by demand uncertainties

Silva Filho, Oscar S.; Carvalho, Marcius F. H.; Henrique, Moisés M.; Fernandes, Carlos A.
1995-04-01

Resumo em português O artigo trata da determinação de uma política ótima de decisão para um problema de planejamento da produção com restrições de estoque e produção. O horizonte de planejamento é finito, aproximadamente de 1 a 2 anos, com período de discretização mensal. Os dados do problema estão totalmente agregados e a flutuação de demanda ao longo dos períodos do horizonte é aleatória, com distribuição de probabilidade assumida como gaussiana. Assim, o problema es (mais) tudado é de planejamento estocástico com restrição probabilística na variável de estoque. Mostra-se que é possível, a partir de transformações apropriadas, obter uma formulação determinística equivalente, para a qual uma solução do tipo malha-aberta (que é uma solução aproximada para o problema original) pode ser gerada. É também mostrado que as incertezas relacionadas com flutuações futuras de demanda são explicitadas na formulação determinística por meio de uma função restrição para o limite mínimo do nível de estoque. Esta função é essencialmente côncava e crescente e depende da variância da variável de estoque e de uma medida de probabilidade, fixada a priori pelo usuário. Para ilustrar os desenvolvimentos teóricos, um exemplo simples de um sistema de produção do tipo monoproduto é proposto e resolvido por meio de programação dinâmica determinística. Então, a solução malha-aberta (i.e. solução aproximada) gerada pelo problema equivalente é comparada com a solução verdadeira do problema estocástico, obtida via algoritmo de programação estocástica. Resumo em inglês This paper deals with the determination of an optimal decision policy for a production planning problem with inventory and production constraints. The planning time horizon is finite, from 1 to 2 years approximately at monthly periods, which means that all data involved with the problem are totally aggregated and the fluctuating demand for each one period is stochastic, with probability distribution function assumed as gaussian. Thus the problem studied here is a stochast (mais) ic planning one with probabilistic constraint at the inventory level variable. It is shown that it is possible to obtain, by means of appropriate transformations, a deterministic equivalent formulation, for which an open-loop solution to stochastic problems can be generated, using any applicable mathematical programming algorithm. It is also shown that the uncertainties concerning demand fluctuation are explicitly presented in the deterministic formulation through a constraint function that represents the minimum inventory level limit or safety stock. This function is essentially concave and increases during time and depends on the variance of inventory level and probabilistic degree supply by the user to the inventory constraint. To illustrate the theoretical developments, a simple example of a single product system is proposed and solved by dynamic programming. The open- loop solution (i.e. approximate solution from an equivalent problem) is compared with the true solution obtained directly from the stochastic problem via stochastic dynamic programming.

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Projeto de um cortador de base para colhedora de cana-de-açúcar utilizando otimização matemática/ Desing of a base cutter for sugar cane havester using mathematical otimization

Volpato, Carlos E. S.; Braunbeck, Oscar A.; Oliveira, Carlos A. A. de; Santos, Ariston P.
2005-12-01

Resumo em português Um cortador de base representado por um mecanismo de quatro barras foi desenvolvido utilizando-se do programa Autocad. Suas partes constituintes foram pré-dimensionadas em função das características operacionais de uma colhedora de cana-de-açúcar em sistema de cana crua e inteira, colhendo uma linha de cana por passada. A força normal de reação do perfil no ponto de contato foi determinada por meio da análise dinâmica, sendo as equações de equilíbrio dinâmi (mais) co baseadas nas leis de Newton-Euler. O processo de otimização teve como objetivo minimizar a força normal de reação do solo, submetida a restrições de posição, trajetória, comprimento das barras, constante da mola e da força normal. Implementou-se o Algoritmo de Programação Quadrática Seqüencial - SQP do módulo de otimização do programa computacional Matlab. Os resultados mostraram melhora significativa no desempenho de flutuação do mecanismo, representada pela força normal de reação do perfil, a qual foi reduzida de 4.250,33 para 237,13 N. Posteriormente, outras variáveis foram incorporadas ao mecanismo otimizado e um segundo processo de otimização foi implementado. Resumo em inglês A base-cutter represented for a mechanism of four bars, was developed using the Autocad program. The normal force of reaction of the profile in the contact point was determined through the dynamic analysis. The equations of dynamic balance were based on the laws of Newton-Euler. The linkage was subject to an optimization technique that considered the peak value of soil reaction force as the objective function to be minimized while the link lengths and the spring constant (mais) varied through a specified range. The Algorithm of Sequential Quadratic Programming-SQP was implemented of the program computational Matlab. Results were very encouraging; the maximum value of the normal reaction force was reduced from 4,250.33 to 237.13 N, making the floating process much less disturbing to the soil and the sugarcane rate. Later, others variables had been incorporated the mechanism optimized and new otimization process was implemented .

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Estimativa do escoamento superficial em uma bacia hidrográfica com base em modelagem dinâmica e distribuída/ Surface runoff in a watershed estimated by dynamic and distributed modeling

Beskow, Samuel; Mello, Carlos Rogério de; Coelho, Gilberto; Silva, Antônio Marciano da; Viola, Marcelo Ribeiro
2009-02-01

Resumo em português A estimativa do escoamento superficial em bacias hidrográficas é de suma importância para conservação dos recursos naturais; entretanto, esse é um processo complexo e dinâmico, principalmente no contexto de sua variabilidade espacial. Dessa forma, torna-se adequada a aplicação dos Sistemas de Informações Geográficas (SIG) usando pequenas células de informação, pois assim é possível considerar o comportamento espacial das variáveis associadas à origem do (mais) escoamento superficial. Este trabalho teve como objetivo implementar os modelos hidrológicos Curva Número (CN-SCS) e Curva-Número Modificado (CN-MMS), com base na linguagem de programação do SIG PCRaster e em uma base de dados reduzida, de forma distribuída e dinâmica, com o intuito de estimar as lâminas de escoamento superficial geradas numa bacia hidrográfica de Latossolos, localizada no município de Nazareno, região dos Campos das Vertentes, Minas Gerais. Para aplicação do modelo CN-SCS foi preciso desenvolver um mapa com valores de CN no formato do PCRaster, enquanto para o modelo CN-MMS foram necessários os seguintes mapas: umidade volumétrica de saturação do solo, umidade volumétrica inicial do solo e profundidade de solo. Para simulação e avaliação de ambos os modelos, foram aplicados 18 eventos de chuva natural que provocaram escoamento superficial, durante o ano hidrológico 2004-2005, e suas respectivas lâminas de escoamento observadas. A análise do desempenho dos modelos foi feita aplicando-se análise de sensibilidade baseada no erro médio e na Raiz do Erro Quadrático (REQ). Tendo-se como referência essas estatísticas de precisão, pôde-se constatar que o modelo CN-MMS apresentou melhor calibração quando comparado ao modelo CN-SCS, devido à consideração direta da umidade inicial do solo. Contudo, a estruturação dos modelos no SIG PCRaster possibilitou o desenvolvimento de uma ferramenta computacional eficaz e útil para simulação do escoamento superficial, visto que propicia estruturação de rotinas computacionais considerando os problemas associados à variabilidade espacial dos dados de entrada dos modelos. Resumo em inglês Knowledge on the surface runoff in watersheds is very important for a good conservation of natural resources. However, surface runoff is a complex and dynamic process, especially in the context of spatial variability. An application of the Geographical Information System (GIS) tools in small grid cells is therefore adequate. This way, it is possible to consider the spatial behavior of variables associated to the origin of surface runoff. This study aimed to program the Hy (mais) drological Models SCS-CN (SCS-Curve Number) and CN - MMS (CN - Modified) based on the PC Raster Programming Language and a reduced dataset, in distributed and dynamic approaches, to estimate the direct surface runoff in a watershed of Oxissols, in the county of Nazareno, region of Campos das Vertentes, Minas Gerais State. SCS-CN model was applied structuring a CN-map linked to the soil infiltration capacity in the PCRaster GIS format. For the CN - MMS model, we used other maps: saturated volumetric soil moisture content, initial volumetric soil moisture content and soil depth. For the simulation and evaluation of both models, 18 rainfall events that produced surface runoff in the hydrologic year 2004-2005 were used, and their respective surface runoff depths observed. The model performance was evaluated by sensitivity analyses, based on the mean error and Root Square Error. Based on these accuracy statistics, the calibration of the CN - MMS model was better than in the original SCS-CN model, since the initial soil moisture was taken into account. Nevertheless, the adjustment of the models in the SIG PCRaster allowed the development of an effective and useful computer tool to simulate surface runoff, due to the possibility of establishing computer routines considering the problems elated to the spatial variability of data entries of the model.

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Modelo para planejamento de produção de grãos em fazenda familiar: cenários sócio-econômicos e financeiros

Biagio, Maria A.; Abe, Elisete N.; Turnes, Osiris
2007-01-01

Resumo em português Com abordagem predominantemente financeira, alguns estudos realizados na última década propõem políticas para planejamento de produção de grãos em sistema de fazenda situado na planície de Paracatu, MG. Baseando-se nos aspectos agro-técnicos destes estudos, e levando-se em consideração a periodicidade mensal dos gastos e a existência de créditos de longo prazo para o setor, este trabalho define e expressa o problema de planejamento de produção agrícola com (mais) o um modelo de programação linear inteiro-misto, onde tratamento dinâmico mensal é dado às atividades de produção e financeiras ao longo de um horizonte de dez anos e cinco meses. O modelo é aplicado a duas situações distintas, obtidas através da utilização de planos de créditos de longo e curto prazos para o setor agrícola no Brasil. Resultados e análise sobre a viabilidade sócio-econômica financeira deste sistema são apresentados. Resumo em inglês During the last ten years, some studies with financial emphasis have proposed technical plan policies for a crop production farm system located on Paracatu-MG. Based on agro-technical aspects of those studies and considering financial aspects like: monthly expenses and long-term investments, the present article represents those production systems by means of a mixed integer dynamic linear mathematical programming model where monthly dynamic treatment and a planning horizo (mais) n of ten years and five months are stated for production and financial activities. Considering recent government financial policies for farmers, the model is applied to two distinct situations derived from the use of short and long term loans for Brazilian agricultural sector. Scored results and an analysis on social-economic and financial feasibility of the system are also drawn.

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