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Otimização e Pesquisa Operacional

A matemática que soluciona problemas da indústria de cosméticos

Pesquisadora do CeMEAI orientou projeto na área

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O tema surgiu por acaso. O projeto, intitulado “Revisão da Malha Logística em uma empresa se Cosméticos”, foi desenvolvido pelo Engenheiro de Produção Eduardo Maroco Neto, recém-formado pela POLI/USP, junto à pesquisadora do CeMEAI Débora Ronconi.

Eduardo fazia um estágio na área de marketing em uma grande empresa do ramo e aproveitou para conversar com funcionários e ver possíveis abordagens para o estudo. A ideia inicial era fazer algo na área de operações dentro da fábrica.  Porém, na logística, depois de ter acesso a dados e analisar resultados, percebeu que a indústria tinha um problema na entrega dos produtos. A demora acabava suprimindo um potencial de crescimento de receita.

Autorizado pela empresa - desde que mantivesse a maior parte dos dados em sigilo – Eduardo passou a pesquisar soluções. “Usei técnicas de pesquisa operacional para decidir entre avançar ou não o estoque de algumas lojas que eles tinham, para fazer com que o produto estivesse mais próximo dos consumidores e para ver se, com isso, a receita aumentava”, explica Eduardo. A empresa tem 24 lojas em vários estados brasileiros. Junto a Débora, o aluno construiu um modelo matemático que levou em conta duas restrições: a demanda de cada estado e a capacidade das lojas de receber o aumento de estoque.  “Com o resultado que a gente obteve, valia a pena avançar o estoque em 14 das 24 lojas. Isso geraria um aumento de caixa de 7% para a empresa. O novo modelo também mostrou que a entrega era feita em apenas 8,9% do volume total da empresa. Então, era possível de ser expandido em até 11 vezes e a empresa ainda seria capaz de suportar”, complementa Eduardo.

Foi feito um projeto-piloto pra saber se a redução do tempo de entrega alterava a receita da fábrica de cosméticos. Foi concluído que era possível diminuir em até seis dias o prazo para o recebimento do produto, aumentando em cerca de 38% a receita. Mas, para ter esse lucro adicional, investimentos seriam necessários. O estudo avançou para a contabilidade. Eram 14 lojas e o investimento deveria ser da ordem de 12 milhões de reais. “Só que a empresa me disse que só tinha três milhões de reais por semestre. Uma análise de payback tornou possível saber em quais lojas o investimento deveria ser feito primeiramente, não excedendo o valor semestral estipulado. Foram selecionadas as unidades que tinham tempo de retorno menor", conta.

Para as lojas que receberiam avanço de estoque, a pesquisa também analisou a viabilidade de fazer um segundo pavimento no prédio ou comprar um terreno vizinho a ele. E o quanto valia a pena gastar em um investimento vertical ou na aquisição do terreno, com pagamento de três a cinco anos para cada uma das 14 lojas.  

Eduardo ressalta que o trabalho ficou até melhor do que o esperado e que foram seis meses intensivos de relacionamento direto com a empresa. Ele não imaginava chegar a um nível tão detalhado de soluções. O modelo de estoque desenvolvido pode ser aplicado em outras fábricas de outros setores. Ele acredita que a metodologia empregada para a resolução do problema ficará como um legado para a empresa, que nunca tinha utilizado essa abordagem nas decisões estratégicas.  “Uma coisa que eu acredito que tenha ficado de legado para a empresa foi uma mudança de visão, porque eles não levavam em consideração a otimização do modelo para a análise de sensibilidade. Eles usavam variações de cenários e viam qual era o melhor. Isso, a partir de agora, está fora de cogitação”, conclui o recém-formado.

 

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP. O CeMEAI é especialmente adaptado e estruturado para promover o uso de ciências matemáticas (em particular matemática aplicada, estatística e ciência da computação) como um recurso industrial.

As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software. 

Além do ICMC, o CEPID-CeMEAI conta com outras seis instituições associadas: o Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de São Carlos (CCET-UFSCar); o Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica da Universidade Estadual de Campinas (IMECC-UNICAMP); o Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (IBILCE-UNESP); a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (FCT-UNESP); o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE); e o Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Assessoria CEPID-CeMEAI

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Software livre traz novidades nas simulações de dinâmica molecular

Packmol foi desenvolvido por pesquisadores do CeMEAI

 

Um programa desenvolvido por pesquisadores do CEPID - CeMEAI e do eScience trouxe novidades na área de simulações de dinâmica molecular. Entenda como o Packmol funciona: http://goo.gl/ItVxL0

Publicado por CEPID - CeMEAI em Quarta, 9 de dezembro de 2015

Um programa de computador desenvolvido por pesquisadores do Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI) e do Centro de Pesquisa em Engenharia e Ciências Computacionais (CCES) criou novas perspectivas para a área das simulações de dinâmica molecular. Desde 2005, o Packmol facilita a vida de quem precisa simular o comportamento de moléculas em ambientes complexos.

“As simulações servem para entender como as moléculas funcionam, com resolução atômica. É como se déssemos um zoom em qualquer objeto: vemos todas essas moléculas, átomo por átomo, e entendemos quais são suas propriedades”, conta o professor Leandro Martínez, do Instituto de Química da Unicamp.

Leandro desenvolveu o Packmol ao lado de seu pai, José Mario Martínez, que é professor do Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica (IMECC), também da Unicamp, e de Ernesto Birgin, do Instituto de Matemática e Estatística (IME) da USP em São Paulo. José Mario e Ernesto, que são pesquisadores do CeMEAI, foram responsáveis pelos métodos matemáticos do programa, cuja grande inovação é a facilidade de dispor as moléculas para dar início a simulações de sistemas complicados.

“Estamos acostumados a ouvir que é possível prever a trajetória de planetas ao longo do tempo se soubermos a posição inicial dos planetas e como eles interagem entre si. O que a gente faz numa simulação de dinâmica molecular é exatamente a mesma coisa. Precisamos saber as posições iniciais das moléculas e como elas se comportam, e o Packmol cria a posição espacial de todos os átomos no espaço”, esclarece Leandro.

“Basicamente, para isso, resolvemos problemas de empacotamento. Antes do Packmol, o início das simulações de dinâmica molecular era feito manualmente. O pesquisador ficava na frente do computador colocando as moléculas e tentando satisfazer uma série de restrições. O Packmol automatizou essa tarefa”, resume Ernesto.

Para desenvolver os modelos matemáticos, Leandro, José Mario e Ernesto encararam o problema físico-químico, que envolve as moléculas, como um problema de empacotamento. Empacotar é um problema de otimização, a área de especialidade de José Mario e Ernesto na matemática.

“Você empacota quando faz as malas para uma viagem, porque você coloca objetos dentro da mala de uma maneira que eles caibam. Se você empacota mal, os objetos não cabem”, explica José Mario.

O programa é resultado da integração entre as áreas da matemática, representada por José Mario e Ernesto, e da físico-química, na qual trabalha Leandro, que também é pesquisador do CCES. “Essas colaborações que a gente tem com a matemática são importantes, porque correlacionam o nosso trabalho, que é de bioquímica computacional, com a parte de otimização, de matemática, que está relacionada ao CeMEAI”, relata Leandro.

Os artigos científicos referentes ao Packmol têm recebido muitas citações. O primeiro deles, de 2003, tem em torno de 150. O mais divulgado, de 2009, foi citado cerca de 500 vezes. 

O Packmol é distribuído na forma de software livre e, nos dez anos de existência, já foi baixado cerca de 14 mil vezes por pesquisadores de mais de 100 países. O download é grátis e pode ser feito no site do programa.

 

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O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP. O CeMEAI é especialmente adaptado e estruturado para promover o uso de ciências matemáticas (em particular matemática aplicada, estatística e ciência da computação) como um recurso industrial.

As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software.

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Pesquisa possibilita tomografias mais rápidas e mais precisas

Usando um acelerador de partículas, estudo faz reconstruções detalhadas das imagens

 

Em parceria com o Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, pesquisadores do CEPID - CeMEAI utilizam acelerador de partículas para realizar tomografias. Entenda:

Publicado por CEPID - CeMEAI em Quinta, 22 de outubro de 2015

Na cidade de Campinas (SP), o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) abriga quatro laboratórios. Em um deles – o Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) – é desenvolvida uma pesquisa que utiliza o maior acelerador de partículas da América Latina para realizar tomografias.

O estudo é feito em parceria com o Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CEPID-CeMEAI) e utiliza a luz síncrotron, um tipo de radiação eletromagnética gerada pelo acelerador, para fazer as análises. Uma das diferenças para um tomógrafo convencional é que, nessa pesquisa, o que gira é o objeto dentro do tomógrafo.

As reconstruções das imagens internas começam na emissão da luz síncrotron. Quando os feixes incidem no objeto, ele é dividido virtualmente em 2048 camadas. Cada uma dessas camadas é uma imagem com quatro milhões de pontos (pixels), que, quando observados em três dimensões, são chamados de voxels. Cada voxel é um cálculo a ser feito para reconstruir a imagem.

Segundo o pesquisador do CeMEAI Elias Helou Neto, a pesquisa busca melhorar a análise dos voxels. “Nós queremos modelos mais sofisticados, com métodos que precisem de poucas iterações para convergir em uma solução boa, e em que cada uma dessas iterações tenha um custo computacional reduzido”, explica.

O diretor científico do LNLS, Harry Westfahl, ressalta outra diferença para um tomógrafo convencional. “No tomógrafo de hospital, você tem objetos grandes e faz tomografias com voxels da ordem de milímetros. Aqui, os objetos são pequenos e os voxels são da ordem de mícrons”, afirma.

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Otimização de bombas de água vai permitir economia de energia em São Carlos

Projeto entre o SAAE e o CeMEAI usa a Matemática pra a tomada de decisões

 

O CEPID - CeMEAI tem uma parceria com o SAAE São Carlos para otimizar a utilização das bombas de água e economizar energia elétrica. Entenda o projeto: http://goo.gl/mO2e3d

Publicado por CEPID - CeMEAI em Quarta, 14 de outubro de 2015

Pesquisadores do Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI) fazem um estudo, em parceria com o SAAE São Carlos, que pode resultar em uma economia de energia elétrica para a empresa. De dez anos para cá, outras pesquisas do tipo já foram feitas, mas os modelos matemáticos desenvolvidos não incluíam os rios (Córrego Monjolinho e Ribeirão do Feijão) nem as bombas de distribuição. Outra novidade é que apenas parte do sistema foi escolhida como alvo dos cálculos nesta primeira etapa. Os professores envolvidos vão trabalhar com dados reais da Estação de Tratamento de Água (ETA) da Carlos Botelho – o maior sistema do município – interligado aos reservatórios da Vila Nery, da Vila Alpes, Rui Barbosa e Boa Vista. “Esperamos pelo menos uma redução de 20% na nossa tarifa de energia elétrica”, diz Maurício Hermann dos Santos, chefe do setor de abastecimento do SAAE.

A pesquisa é coordenada por Maristela Oliveira dos Santos, professora do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP em São Carlos. O grupo tem ainda o professor aposentado do Instituto, Marcos Arenales, a professora do Departamento de Matemática da Unesp de Bauru, Edilaine Martins Soler, e o professor José Carlos Vieira Júnior, do Departamento de Engenharia Elétrica da USP. Maristela explica que a ideia é otimizar a utilização das bombas, para que elas funcionem apenas em momentos considerados essenciais. Os professores fizeram reuniões com representantes do SAAE e conheceram detalhadamente o processo de captação e distribuição de água no município. Eles também tiveram acesso aos dados. “Nós representamos todas essas decisões de ligar as bombas e distribuir água por meio de variáveis matemáticas. E as relações entre as bombas, reservatórios e a população a gente representa por meio de equações matemáticas”, diz a professora.

O SAAE tem atualmente 96.500 clientes e acredita que a parceria com o CeMEAI sirva não só para diminuir os gastos, mas principalmente para auxiliar nas ações evitando o desabastecimento da população. “Há um tempo a gente não tinha uma visão de como administrar a parte de abastecimento juntamente com a parte de controle de energia elétrica. Os professores vão direto ao ponto em que a gente sente dificuldade. E esse trabalho pra nós está sendo de grande valia”, acrescenta Maurício.

 

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CeMEAI ajuda a otimizar cargas em fundição de pequeno porte em São Carlos

Pesquisadores desenvolveram um software que diminui o tempo para planejar as cargas do forno 

Uma parceria feita entre pesquisadores do CeMEAI e a Fultec Inox, fundição de pequeno porte, localizada no Distrito Industrial de São Carlos, garantiu uma redução considerável no tempo gasto para selecionar as peças para cada fusão no forno da empresa. Antes o processo era feito manualmente e levava em média duas horas para ser concluído. Agora, demora no máximo cinco minutos.

Esta grande redução tem explicação: os pesquisadores visitaram a empresa, conheceram todo o processo de fundição, acompanharam as etapas e tiveram acesso a informações fornecidas pela indústria. Com os dados em mãos e coordenados pela professora do ICMC/USP e pesquisadora do CeMEAI Franklina Toledo, eles começaram um estudo para analisar como seria possível melhorar a ocupação do forno e garantir menos perdas nas peças.

Com o apoio da FAPESP e da então bolsista da FAPESP Viviane Tonaki, que é formada em Ciências da Computação e Mestre em Matemática Computacional, foi desenvolvido um software que facilita toda a operação. Viviane explica o funcionamento do software. “Ele programa quais peças precisam ser feitas em quais cargas e também a quantidade dessas peças. Aí, o programador tem a possibilidade de alterar as cargas sugeridas, essa programação, e quando estiver tudo certo esse resultado é integrado ao software de processamento já existente na fundição”, explica. Este trabalho foi desenvolvido com base em pesquisas anteriores, como o mestrado de Victor Camargo, que hoje é professor da Universidade Federal do Triângulo Mineiro, e o trabalho de conclusão de curso de Leandro Mattiolli.

Marcos Arenales, professor aposentado do ICMC/USP, foi quem há mais de dez anos conversou com o dono da fundição para que uma parceria começasse. A conversa se transformou em um projeto de iniciação científica de uma aluna do ICMC, mas, naquela época, o planejamento de ligas metálicas desenvolvido acabou não sendo usado. Este contato também deu origem ao doutorado de Silvio Araujo, hoje professor do IBILCE/UNESP e também pesquisador do CeMEAI.

A ideia agora, com a parceria feita e os resultados já comprovados, é registrar o software, que, na opinião dos pesquisadores envolvidos, poderia ser utilizado por outras empresas do ramo. Silvio Araujo também concorda. “É possível que seja estendido para outras fundições de mercado que tenham o mesmo perfil. Quanto à extensão para fundições maiores, fundições cativas, as adaptações talvez tenham que ser um pouco maiores, mas acredito também ser possível", finaliza.

 

Confira a reportagem sobre a parceria entre o CEPID - CeMEAI e a Fultec Inox! Um software desenvolvido pelos pesquisadores do Centro permitiu reduzir de duas horas para cinco minutos uma das etapas do processo de fundição. http://goo.gl/J8gcj4

Publicado por CEPID - CeMEAI em Quarta, 30 de setembro de 2015

 

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Pesquisadores do CeMEAI estudam roteamento de navios para a Petrobras

O professor da UFSCar, Reinaldo Morabito, coordena o trabalho de doutorado

 

Um estudo na área de Pesquisa Operacional está em andamento no CeMEAI. É o projeto de doutorado da aluna Gabriela Furtado, sob orientação do professor da Engenharia de Produção Reinaldo Morabito. Ambos são da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

Previsto para terminar nos primeiros meses de 2016, o trabalho é em parceria com a Petrobras, empresa estatal de economia mista. Um projeto anterior também orientado pelo professor Morabito já tinha sido concluído com e mesma estatal, a pedido da Agência Nacional do Petróleo. A pesquisa atual é um aprofundamento da anterior e estuda a tomada de decisões nas plataformas de petróleo do tipo offshore, as de produção no mar.

Levando em conta alguns critérios pré-estabelecidos, como o número de navios da frota, as especificações de cada um deles, a capacidade dos tanques e a premissa de que todas as demandas devem ser atendidas dentro do prazo, a aluna trabalha com a Pesquisa Operacional para traçar as melhores rotas para as embarcações no escoamento do óleo cru das plataformas até que o produto seja descarregado nos terminais. “Agora a gente busca desenvolver métodos mais sofisticados baseados em programação matemática para resolver o problema. Já temos alguns resultados preliminares com problemas pequenos”, explica Gabriela.

O problema estudado é real e se baseia em dados cedidos pela empresa. Morabito esclarece que a pesquisa pode ser aplicada em outros contextos em plataformas de petróleo do mesmo tipo, como algumas localizadas no Golfo do México e no Mar do Norte, entre outras.

 

Um projeto de pesquisadores da UFSCar - Universidade Federal de São Carlos e do CEPID - CeMEAI estuda o roteamento de navios para a Petrobras. Entenda: http://goo.gl/aKHOoQ

Publicado por CEPID - CeMEAI em Quinta, 24 de setembro de 2015

 

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As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software. 

Além do ICMC, o CEPID-CeMEAI conta com outras seis instituições associadas: o Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de São Carlos (CCET-UFSCar); o Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica da Universidade Estadual de Campinas (IMECC-UNICAMP); o Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (IBILCE-UNESP); a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (FCT-UNESP); o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE); e o Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Carla Monte Rey - Assessoria CEPID-CeMEAI

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Projeto busca melhorar a criação de frangos em aviários

Parceria entre granja e universidades monitora fatores como temperatura e umidade para aperfeiçoar o processo de crescimento dos animais

 

Um sistema que conta com a participação do CEPID - CeMEAI está sendo usado para sofisticar a criação de aves em uma granja na região de Jundiaí, no interior de São Paulo. Saiba mais: http://goo.gl/izFjnJ

Publicado por CEPID - CeMEAI em Segunda, 10 de agosto de 2015

Um sistema que conta com a participação do Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CEPID-CeMEAI) está sendo usado para sofisticar a criação de aves em uma granja na região de Jundiaí, no interior de São Paulo.

Os mais de 23 mil frangos do aviário são monitorados 24 horas por dia, sete dias por semana. Níveis de água, ração, ventilação e diversos outros fatores são fiscalizados o tempo todo por um programa desenvolvido pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFGRS). O software reúne os dados obtidos e, a cada cinco minutos, envia essas informações para pesquisadores do CeMEAI, que, por meio de um segundo software, utilizam a matemática para tomar as melhores decisões e otimizar o processo.

A ideia central de todo o sistema é utilizar os dados coletados para chegar ao melhor método possível de criar as aves, adaptando o processo às mudanças das variáveis como temperatura, umidade etc.

Por causa da alta no preço da carne bovina, o consumo de carne de frango deve subir de 43 para 45 quilos por pessoa no Brasil neste ano, segundo a Associação Brasileira de Proteína Animal (ABPA). Além disso, as exportações também devem subir de 2 a 3%.

As pesquisas do CeMEAI na granja ainda estão em andamento e podem, no futuro, evoluir ainda mais e ajudar outras granjas brasileiras.

Saiba mais sobre os sensores utilizados no projeto.

 

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As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Avaliação de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software. 

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Leonardo Zacarin - Assessoria CEPID-CeMEAI

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Novo livro da série Mathematics for Industry deve ser publicado ainda este ano 

 O exemplar reúne trabalhos do fórum Math For Industry 2014, que contou com a participação de pesquisador do CeMEAI 

 

Está previsto para ser publicado no fim deste ano o livro (Proceedings of the Forum of Mathematics for Industry 2014 – Editora Springer) com artigos de pesquisadores do mundo todo apresentados no Math for Industry (Matemática para a Indústria). O fórum reúne pesquisadores anualmente no Japão e discute uma nova área de pesquisa relacionada à Matemática que possa servir de fundamento para o desenvolvimento de novas tecnologias. O pesquisador do CeMEAI, Ernesto Birgin, esteve no evento a convite do professor Masato Wakayama, do Instituto de Matemática para a Indústria da Universidade de Kyushu, que organizou o fórum. Birgin foi o único pesquisador do Brasil a dar uma palestra. Falou sobre trabalhos desenvolvidos por ele e pelo Prof. José Mario Martínez em conjunto com pesquisadores do Instituto de Matemática e Estatística da USP, em São Paulo, e do Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica da Unicamp, em Campinas.

A palestra foi baseada no artigo Applications of nonlinear programming to packing problems e abordou avanços recentes na aplicação de técnicas de otimização em problemas de empacotamento. “Esse tipo de problema é muito antigo e problemas de empacotamento de esferas remontam ao século XVII, em que Keppler (Johannes Kepler, matemático e astrônomo alemão) formulou a sua hipótese. Sir Walter Raleigh era um escritor, poeta, soldado, político e explorador (dentre outras cosias) que, interessado no transporte de balas de canhão, fez uma pergunta simples ao seu assistente e matemático Thomas Harriot: como calcular a quantidade de unidades numa montanha de balas de canhão? Tendo resolvido a questão facilmente, Thomas Harriot formulou uma pergunta mais geral: como dispor as balas de forma a ocupar a menor quantidade possível de espaço? E escreveu sobre isto para seu colega Johannes Kepler. Em 1611, Kepler presumiu que a melhor forma é igual à que você vê hoje, quando vai comprar laranjas no supermercado. "Aproximadamente quatrocentos anos depois foi provado que essa é uma forma ótima de preencher o espaço com esferas, mas variantes da prova são ainda objeto de pesquisa intensa”, explica Ernesto. 

O trabalho apresentado no Japão resume os trabalhos relacionados a problemas de empacotamento desenvolvidos nos últimos 10 anos pelos pesquisadores do grupo. “O nosso grupo desenvolve modelos matemáticos para diferentes tipos de problemas de empacotamento. São modelos de otimização contínua com certas propriedades e que podem ser resolvidos com técnicas de programação não linear. "Nosso grupo é especialista no desenvolvimento de métodos de otimização e tanto os modelos como os métodos podem ser aplicados a problemas do dia a dia”, diz ele.  

Uma das principais aplicações do grupo, em conjunto com o Prof. Leandro Martínez do Instituto de Química da Unicamp, resultou no desenvolvimento de um software livre, que já tem mais de 10 mil downloads de todas as partes do mundo – o que é um número surpreendente para a área segundo o pesquisador. “É o Packmol, cujo nome vem de empacotamento de moléculas. O software serve para determinar configurações iniciais para simulações de dinâmica molecular. Este tipo de simulações é utilizado por químicos para, por exemplo, determinar propriedades de medicamentos”, completa o pesquisador. 

Em breve, o livro será disponibilizado também em versão online.

Acesse o artigo completo do pesquisador!

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Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP. O CeMEAI é especialmente adaptado e estruturado para promover o uso de ciências matemáticas (em particular matemática aplicada, estatística e ciência da computação) como um recurso industrial.

As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Avaliação de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software. 

Além do ICMC, o CEPID-CeMEAI conta com outras cinco instituições associadas: o Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de São Carlos (CCET-UFSCar); o Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica da Universidade Estadual de Campinas (IMECC-UNICAMP); o Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (IBILCE-UNESP); a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (FCT-UNESP); o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE); e o Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Carla Monte Rey - Assessoria CEPID-CeMEAI

Mais informações

Assessoria de Comunicação do CeMEAI: (16) 3373-6609

E-mail: Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo.

A matemática para ajudar a indústria a gastar menos tecido

Metodologia usada pelo ICMC via CeMEAI pode ajudar as fábricas a otimizar a produção

O projeto está em andamento e já tem demonstrado resultados satisfatórios. Os professores e alunos envolvidos buscam otimizar a produção das fábricas. E se você é leigo no assunto, vamos tornar a compreensão mais fácil. Otimizar, como a palavra sugere, é tornar alguma coisa ótima, ou chegar bem perto do considerado ideal para o objetivo que se busca.

No caso, os alunos pesquisam soluções para “problemas de corte”. Quando você é empresário do ramo têxtil, tem que se preocupar por exemplo em achar meios de gastar menos tecido para a fabricação das peças da sua fábrica. E por meio de cálculos matemáticos, esse pessoal está disposto a ajudar!

Eles imaginaram trabalhar com aventais. Então escolheram um modelo simples e riscaram num papel os três tamanhos: P, M e G (pequeno, médio e grande). Também calcularam três tamanhos de bolsos, um para cada tipo de avental. O desafio era descobrir uma maneira de dispor aventais e bolsos de modo que o pedaço de tecido ocupado por eles – no caso da cor preta, com 1,60 m de largura e 2,00 m de comprimento - fosse o menor possível.

Claro que havia regras para isso: cada peça dos aventais e bolsos não poderia estar sobreposta à outra, nem poderiam existir sobras da peça para fora do pano onde seriam cortadas. O grupo combinou dia e horário para tentar encontrar na prática a melhor solução para o problema. Esta solução seria depois confrontada com a solução que o modelo matemático por eles desenvolvido apontaria como a melhor, ou como se diz na área de otimização, solução ótima. Todos se reuniram em uma sala e cortaram os moldes. Esticaram o tecido comprado e dividiram a turma em grupos. A missão de cada grupo foi cronometrada, para saber em quanto tempo eles achariam uma solução para o problema. Também foi preciso levar em conta outro detalhe: as fibras do tecido escolhido. Porque dependendo da maneira como se corta o pano, a qualidade da roupa pode ficar comprometida. O caimento pode ainda não ser o desejado.

Toda a atividade prática do projeto naquele dia foi supervisionada pela professora do ICMC (Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação) e uma das coordenadoras do grupo, Franklina Toledo. O projeto é um dos desenvolvidos no CeMEAI – Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria, um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do estado de São Paulo).

Para entender melhor:

Veja vídeo sobre o assunto, onde acompanhamos 2 dos 3 grupos. A primeira turma terminou a tarefa em 1 minuto e 50 segundos, e conseguiu usar 124,5 cm de comprimento do tecido. O segundo grupo foi mais rápido: levou apenas 27 segundos para concluir a tarefa. Em compensação, ocupou 131 cm de pano.

Os dados obtidos pelos alunos foram comparados aos do mesmo problema resolvido pelo computador. Usando as medidas escolhidas para o avental e para os bolsos como dados para um modelo matemático que foi resolvido em um software conhecido da  área, o computador demorou menos de um segundo para achar a melhor solução possível. Mas apesar do tempo bem inferior ao dos trabalhos feitos manualmente, o computador chegou quase ao mesmo resultado no comprimento do tecido. O grupo 1 encontrou 124,5 cm como solução. E a máquina uma solução um pouco mais de um centímetro melhor: 123 cm de comprimento.

Pessoas envolvidas no projeto de cortes:

Alunos: Alfredo Jorge, Aline Leão, Everton Silva, Felipe Aureliano, Jeinny Polo, Larissa Oliveira, Leandro Mundim, Luiz Henrique Cherri e Marcos Rodrigues.

Coordenadoras do Projeto: professoras Marina Andretta e Franklina Toledo

Professores colaboradores: José Fernando Oliveira e Maria Antónia Carravilla, da Universidade do Porto (Portugal).

Laboratórios de Pesquisa

Os pesquisadores brasileiros trabalham no Laboratório de Otimização do ICMC/USP e os portugueses no Centro de Engenharia e Gestão Industrial do INESC TEC, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, em Portugal.

Para saber detalhes deste projeto e outros que estão sendo desenvolvidos pela equipe de Otimização do ICMC/USP, acesse nossos artigos:

Aplicando o algoritmo genético de chaves aleatórias viciadas em um problema de corte com itens irregulares

Problema de corte de itens irregulares na fabricação de luvas de couro

Modelos matemáticos para o problema de corte de peças irregulares

 

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP. O CeMEAI é especialmente adaptado e estruturado para promover o uso de ciências matemáticas (em particular matemática aplicada, estatística e ciência da computação) como um recurso industrial.

As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software. 

Além do ICMC, o CEPID-CeMEAI conta com outras cinco instituições associadas: o Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de São Carlos (CCET-UFSCar); o Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica da Universidade Estadual de Campinas (IMECC-UNICAMP); o Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (IBILCE-UNESP); a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (FCT-UNESP); o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE); e o Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Texto: Carla Monte Rey - Assessoria CEPID-CeMEAI

Vídeo: Leonardo Zacarin – Assessoria CEPID-CeMEAI

 

Mais informações

Assessoria de Comunicação do CeMEAI: (16) 3373-6609

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Projeto do CeMEAI busca auxiliar o SAAE na redução de gastos sem comprometer o abastecimento

Uma reunião foi feita na sexta-feira (29/05) para acertar detalhes da parceria 

Um grupo do CEPID-CeMEAI vai auxiliar o SAAE – Serviço Autônomo de Água e Esgoto de São Carlos a reduzir gastos com energia elétrica e a otimizar o uso dos recursos para captação e distribuição de água. Modelos matemáticos e algoritmos serão utilizados para fazer o planejamento do sistema de captação e bombeamento sem prejuízo ao abastecimento da população. A coordenadora é a pesquisadora da USP, Maristela Oliveira dos Santos. “A base do projeto é o racionamento de energia elétrica para o acionamento das bombas. A gente pretende determinar uma política ótima de utilização das bombas na captação e transmissão de água. É uma forma de usar melhor os recursos”. Os primeiros contatos com o SAAE começaram em 2006 e foram intensificados em 2011. Com o tempo, os integrantes do grupo mudaram. Hoje, além de Maristela, são Marcos Furlan (um aluno de doutorado do ICMC - Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação), Marcos Nereu Arenales (professor aposentado do ICMC) e Edilaine Martins Soler (professora do Departamento de Matemática da UNESP de Bauru).

Na última sexta-feira, uma reunião foi feita na sede do SAAE para definir melhor os detalhes da parceria, que deve ser oficializada em breve. De acordo com a professora Edilaine, “essa reunião foi com o pessoal do SAAE que trabalha com a parte operacional, pra passar alguns dados do sistema de abastecimento da cidade de São Carlos. E a gente vai usá-los na simulação com o nosso modelo matemático”, ressaltou.

Quem também participou da reunião foi o Professor da Engenheira Elétrica da USP, José Carlos M. Vieira Jr. “Eu vou auxiliar o pessoal a determinar o custo de operação de cada bomba para entrar no processo de otimização, nos algoritmos e modelos matemáticos. Então vou calcular a potência elétrica, a energia envolvida e o custo atribuído a cada uma das bombas”, explicou José Carlos. 

De acordo com o chefe do controle de abastecimento do SAAE, Maurício Hermann dos Santos, a ideia é manter essa parceria por um longo tempo. “Primeiramente é interessante porque ajuda a otimizar o nosso trabalho de sistema de automação. Nós temos um sistema que monitora e controla toda a distribuição de água do município e, com o auxílio dos professores da USP, teremos ferramentas para melhorar o abastecimento e para reduzir o consumo de energia elétrica”, reforçou Maurício.

“A gente transforma esse problema do SAAE em um problema matemático, colocando essas relações entre bombas, poços, e captação em dados matemáticos. Para decidir em cada período de tempo, as operações de liga/desliga das bombas, respeitando os níveis mínimo e máximo dos reservatórios. Por meio da otimização podemos saber quando e quantas bombas você vai acionar para captar e fazer transferência de água entre reservatórios e também a política de atendimento da demanda de água de modo a minimizar os custos envolvidos, completa Maristela, a coordenadora do grupo.

Além das reuniões com o SAAE, há a intenção de desenvolver um sistema de apoio à decisão que auxilie os funcionários da autarquia. Quanto ao percentual de economia que isso pode gerar, Maristela explica: “ainda não sabemos, porque a gente não fez o estudo com os dados reais. O ideal seria fazer a simulação e acompanhar um período de trabalho do SAAE para comparar os resultados da simulação com o planejamento realizado pelo SAAE. Essa interação é um pouco demorada. Você transformar todas essas informações para que a gente possa utilizar é um pouco mais lento. Mas o processo pode auxiliar bastante na economia de energia envolvida no funcionamento do sistema.”

A crise hídrica e o aumento das tarifas de energia 

Basta abrir os jornais ou a internet pra ter pelo menos uma reportagem diária sobre o nível do Sistema Cantareira, que abastece parte da Grande São Paulo e sofre com a crise hídrica. Até concurso de curta foi lançado pela cineasta Laís Bodanski em alusão ao drama dos paulistas. Os boatos sobre o racionamento do nosso bem mais precioso tiveram impacto também nas contas de energia. Pra forçar a população a economizar, em março a Agência Nacional de Energia Elétrica, ANEEL, autorizou reajuste médio de 23,4% nas contas. Ou seja: é proibido desperdiçar.

 

Sobre o CeMEAI

O Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria (CeMEAI), com sede no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP. O CeMEAI é especialmente adaptado e estruturado para promover o uso de ciências matemáticas (em particular matemática aplicada, estatística e ciência da computação) como um recurso industrial.

As atividades do Centro são realizadas dentro de um ambiente interdisciplinar, enfatizando-se a transferência de tecnologia e a educação e difusão do conhecimento para as aplicações industriais e governamentais. As atividades são desenvolvidas nas áreas de Otimização Aplicada e Pesquisa Operacional, Mecânica de Fluidos Computacional, Modelagem de Risco, Inteligência Computacional e Engenharia de Software. 

Além do ICMC, o CEPID-CeMEAI conta com outras cinco instituições associadas: o Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal de São Carlos (CCET-UFSCar); o Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica da Universidade Estadual de Campinas (IMECC-UNICAMP); o Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (IBILCE-UNESP); a Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (FCT-UNESP); o Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE); e o Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo (IME-USP).

Texto: Carla Monte Rey - Assessoria CEPID-CeMEAI

Fotos: Vanessa Gurian – Assessoria do SAAE

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