Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B4TGRK
Type: Tese de Doutorado
Title: Performance evaluation of stochastic DES through analytical models and simulation: an open-pit mine study
Authors: Roberto Gomes Ribeiro
First Advisor: Carlos Andrey Maia
First Co-advisor: Rodney Rezende Saldanha
First Referee: Marcone Jamilson Freitas Souza
Second Referee: Fernando Luiz Pereira de Oliveira
Third Referee: Frederico Rodrigues Borges da Cruz
metadata.dc.contributor.referee4: Adriano Chaves Lisboa
metadata.dc.contributor.referee5: Vinicius Mariano Goncalves
Abstract: Apesar de o avanço computacional ter viabilizado a otimização de DES(DiscreteEvent Systems) estocásticos, a criação de metodologias ecientes para este propósito continua sendo um grande desao. A principal razão é que soluções numéricas para problemas DES estocásticos exigem um considerável custo computacional. Assim, a presente tese discute um problema de escolha de portfólio de projetos não-linear, no qual, estamos interessados em estimar o impacto de cada combinação de projeto através de métodos que lidam com DES estocástico. Particularmente, o sistema em estudo é uma operação de Mineração a céu aberto. Trata-se de um sistema complexo, onde diversos fatores impactam nos resultados nais de produção. Caracterizado pelas incertezas de seus processos, o ambiente de mineração é comumente analisado por meio de simulação de eventos discretos. No entanto, por via de regra, esta ferramenta exige um alto custo computacional. Dentro do contexto de otimização, esta medida é um aspecto crucial, uma vez que limita o número de cenários a serem avaliados. Assim, este trabalho recorre a metodologias analíticas ecientes na análise de problemas desta natureza. Na ocasião, apresentamos métodos de aproximação analítica e uma nova metodologia híbrida que exploram propriedades Markovianas para modelar o sistema em questão. No que diz respeito aos métodos de aproximação analítica, apresentamos abordagens de aproximação por primeiro e segundo momento. Pelos experimentos realizados, não foi possível armar que existem evidências de equivalência entre os modelos analíticos desenvolvidos e um modelo de simulação padrão. Porém, os resultados sugerem que as aproximações analíticas realizadas são atraentes e competitivas formas de lidar com a otimização do portfólio de projetos, uma vez que o tempo computacional utilizado para avaliar cada estimativa é extremamente menor que ferramentas de simulação convencionais. Em relação à abordagem híbrida apresentada neste trabalho, foi desenvolvida uma nova metodologia que agrega Algebra Max-Plus com Cadeia de Markov para modelar o mesmo sistema. Apesar de não ser tão eciente quando as aproximações analíticas, os resultados obtidos sinalizam que a nova metodologia híbrida é também mais rápida que ferramentas convencionais de simulação. Além disso, a análise experimental realizada nos permite dizer que existem evidências de equivalência entre os resultados obtidos utilizando a abordagem híbrida e por uma ferramenta de simulação padrão. Uma vez que esta tese aborda um problema não-linear de escolha de portfólio, também propomos uma estratégia indutiva de linearização. Tal técnica é um mecanismo de geração de colunas, no qual, os termos não-lineares são parcialmente convertidos em novas variáveis de decisão. Basicamente, colunas são geradas heuristicamente com base na dinâmica do sistema e avaliadas por algum método DES estocástico. Temos então um problema linear da mochila em que o número de colunas geradas depende do método DES estocástico utilizado. Os resultados deste estudo indicam que a estratégia de linearização desenvolvida em conjunto com um dos métodos de aproximação analítica consiste em uma metodologia eciente para tomada de decisão em problemas de portfólio caracterizados por inter-relações entre projetos.
Abstract: Although the increase of computing power over the last years have opened up the possibility of optimizing stochastic DES (Discrete Event System) problem, the development of efcient methodologies for this purpose is still a grand challenge. The main reason is the fact that numerical solutions for stochastic DES problem, generally, require considerable computational effort. This Thesis discusses a nonlinear project portfolio problem which we must estimate the effect of each project combination through stochastic DES methods. Particularity, the system studied represents an open-pit mine appropriate for estimating the iron production index. Once that the time taken to run each estimative is a crucial aspect in optimization context, the purpose of this work is presenting alternative methods which address such stochastic DES system. Hence, we explored Markovian properties to design a load-haulage cycle of an open-pit mine. The Thesis presents analytical approximation methods and a new hybrid methodology. Regarding the analytical methods, we considered a rst-moment and a second-moment approximation. Although we did not nd evidence of equivalence between the analytical models and a standard simulation model, the results suggest that analytical approximation methods consist of a quite attractive and competitive way to concern with project portfolio optimization once that the computational time taken to run each estimative is remarkably faster than the standard simulation tool. Regarding the new hybrid method, it consists of an alternative methodology also faster than the standard simulation tool, but not so fast as analytical approximation methods. Such methodology aggregates Max-Plus Algebra with Markov Chain for modeling the same system. The experimental analysis conducted showed evidence of equivalence between the results acquired by this hybrid methodology and by the standard simulation tool. Once that this Thesis addresses a nonlinear project portfolio problem, we also proposed an inductive linearization technique. Regarding this technique, it consists of a column generation mechanism, in which, the nonlinear terms are partiality converted into new decision variables. The columns are generated heuristically based on the system dynamic and evaluated by some stochastic DES method. As a result, we can state that this linearization strategy combined with an analytical approximation method consists of an efcient strategy address decision makers of a project portfolio problem with interrelationships between projects.
Subject: Engenharia elétrica
Markov, Processos de
Mineração a céu aberto
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B4TGRK
Issue Date: 14-Sep-2018
Appears in Collections:Teses de Doutorado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
teserob.pdf1.62 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.