Claudio Fabiano Motta Toledo.

The present research exchange project seeks to explore the existing possibilities between Opera-tional Research (OR) and Artificial Intelligence (AI). The main objective is to investigatehow to integrate and leverage OR and AI in different contexts. The execution of such a project aims to promote scientific collaboration activities by researchers from Brazil and Scotland, initially, improving the current collaboration between prof. Claudio Toledo from Instituto de Ciências Matemáticas e Computação of the University of São Paulo (ICMC-USP), and prof. Kerem Akartunali from the Department of Management Science at Strathclyde Business School. However, the idea is to leverage a research team with researchers from both universities.

Promoção e desenvolvimento de pesquisa aplicada em Sensoriamento e Conectividade para a indústria brasileira e sua cadeia de valor, governo e sociedade, a partir das seguintes atividades:a) Realizar intercâmbio entre pesquisadores, métodos e tecnologias;b) Realizar projetos conjuntos de PD;c) Coordenar e realizar conferências, seminários e outros eventos científicos e tecnológicos; d) Realizar publicações tecno-científicas em conjunto.e) Preparar e realizar treinamentos para universidades, empresas e instituiçõesgovernamentais;f) Promover ações de integração com o ecossistema indústria;g) Realizar a troca de informações, publicações científicas, equipamentos e outroselementos necessários para o desenvolvimento das competências das partesenvolvidas;h) Coordenar programas de ensino especializado para a indústria e cadeia de valor.

O projeto de pesquisa para bolsa produtividade, período de 01/2018 a 12/2020, busca explorar as possibilidades existentes entre Pesquisa Operacional (PO) e Inteligência Artificial (IA). O principal objetivo é investigar como integrar e alavancar PO e IA em diferentes contextos. PO fomenta uma tomada de decisão com base matemática, enquanto a IA busca replicar o comportamento humano no processo de tomada de decisão. Logo, há uma vasta área de sobreposição entre PO e IA a ser explorada. O advento da Indústria 4.0, chamada de quarta revolução industrial, despertou maior interesse no uso da IA. Análise de grande volume de dados (\textit{big data}), integração de sistemas via internet das coisas (\textit{internet of things}) e o uso de computação em nuvem (\textit{cloud computing}) são tecnologias emergentes que estão impactando nos processos de manufatura. Os processos de tomada de decisão baseados em modelos matemáticos estão presentes em áreas relacionadas à indústria 4.0, mas também em outras áreas como planejamento de trajetórias, reconfiguração de sistemas de potência, planejamento (\textit{scheduling}) de cargas de trabalho (\textit{workload}) em sistemas computacionais distribuídos, planejamento em robótica, entre outras. Assim, o presente projeto busca explorar nos próximos anos os diferentes desafios e oportunidades para o desenvolvimento e aplicação da PO, onde caminhos para inovação podem surgir da hibridização entre PO e IA.

Chamada de Propostas FAPESP-MCTIC-CGI.BR para Centros de Pesquisas Aplicadas em Inteligência Artificial, Processo No. CPA-2020/09770-7, R$ 39.750.000,00 [R$ 5.000.00,00 (FAPESP), R$ 6.250.000,00 (Empresas: HP, Intel, Macnica DHW e Atos), R$ 28.500.000,00 (SENAI CIMATEC)]. Instituições Associadas: Instituto SENAI de Inovação em Soluções Integradas em Metalmecânica do Rio Grande do Sul; Instituto SENAI de Inovação em Sistemas Embarcados de Santa Catarina; Instituto SENAI de Inovação em Sistemas de Manufatura e Processamento a Laser de Santa Catarina; Instituto SENAI de Inovação em Sistemas Virtuais de Produção do Rio de Janeiro; Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo (ICMC/USP); Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA); Instituto Politécnico da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (IPRJ/UERJ); Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia (IFBA); Universidade Federal da Bahia (UFBA).

O projeto aborda duas linhas de pesquisa: Problemas de Dimensionamento de Lo-
tes e Programação da Produção (PDLPP) e Problema de Planejamento de Missão para
Veı́culos Aéreos não Tripulados (PPM-VANTs). Os estudos no PDLPP visão continuar
com as colaborações com os professores Bernardo Almada-lobo da Faculdade de Engenha-
ria na Universidade do Porto, Portugal, e Kerem Akartunali da University of Strathclyde,
Escócia. No PPM-VANT, a parceria foi estabelecida e será continuada com o prof. Brian
Charles Williams do CSAIL-MIT. Os avanços propostos para o PDLPP abrangem novos
modelos e métodos de solução, onde planejamento em processos produtivos considerando
fabricação de refrigerantes e produção em indústrias de garrafas de vidro serão especifi-
camente tratados. No caso do PM-VANTs, além de fortalecimentos e inclusão de novas
restrições nos modelos matemáticos já formulados, novos métodos serão desenvolvidos.

Projeto de pesquisa voltado ao desenvolvimento de um sistema de monitoramento aéreo capaz de realizar pouso, voo e decolagem de forma autônoma, para a aquisição de imagens georreferenciadas em um vertedouro em Concreto Compactado com Rolo de soleira livre e possível monitoramento de uma APP (Área de Preservação Permanente). Para isso, serão projetados e desenvolvidos um ou mais veículos aéreos não tripulados customizados que possam executar essas missões de forma autônoma e segura.

We propose a joint research project, between research groups from the University of São Paulo (USP) and the Massachusetts Institute of Technology (MIT), to develop methods for and apply methods for controlling Unmanned Aerial Vehicles (UAV?s). The main application will be the development of UAV technologies for agriculture. There are several benefits of using UAV?s in agriculture as the low cost of operating UAV?s for environmental monitoring and their flexibility in image acquisition programming. The Model-based embedded and Robotic Systems (MERS) group from CSAIL/MIT is developing concepts, models, and methods related
to mission planning systems. Such models and methods have been evaluated on UAV?s, autonomous underwater vehicles, and autonomous spacecraft. The Embedded and Evolutionary Systems (EES) group from USP has participated in the development of UAV research and technology. The EES group offers expertise in remote sensing, while the MERS group offers expertise in goal-directed task executing, two essential features of the UAV?s scenario. Thus, the exchange at this point would be relevant to the development of new approaches in mission planning for UAV?s, which can result in projects to be submitted to funding agencies in Brazil.

O foco desta proposta é a transferência de conhecimento matemático para outras áreas da ciência, tecnologia e indústria, por meio de um centro de pesquisa estruturado para esse fim. Todo o conhecimento matemático é, em última análise, aplicável. se não diretamente, por meio de outros conhecimentos. Em algumas áreas da matemática a aplicação é quase ime( Entretanto, a colocação em prática de tal aplicabilidade se encontra muitas vezes travada por tradições incorretas, academicismo mal direcionado e dificuldades operacionais. Nos últimos anos, o crescimento da ciência no Brasil, e da matemática em particular, foi notável. Entretanto, a aplicação tecnológica, muitas vezes medida pelas patentes registradas, não teve o mesmo sucesso. Para fechar essa lacuna é necessário a criação de estruturas institucionais que estabeleçam as pontes entre as ciências matemáticas e aplicações como um objetivo em si mesmo. Não se trata apenas de orientar os trabalhos teóricos a áreas "potencialmente aplicáveis", mas de avançar nas aplicações até as últimas consequências, isto é, sua efetiva implementação na indústria, em sentido amplo. Não é mais possível descansar na posição de que a aplicação é problema de outros. É, de fato, problema de todos e reflete o necessário comprometimento da ciência aplicada e pura com o progresso material e espiritual da sociedade. A estratégia do presente projeto envolve, em primeiro lugar, a aglutinação de grupos destacados nas áreas mais aplicáveis da matemática no Estado visando seu direcionamento para aplicações efetivas. Os grupos selecionados têm demonstrado sua excelência na atividade científica convencional, em primeiro lugar, e em muitos casos, em aplicações relevantes. No CEPID proposto os grupos participantes continuarão com sua atividade científica habitual, e, ao mesmo tempo, desenvolverão "Ações de Transferência" de acordo com o roteiro: 1) Teses de mestrado e doutorado necessariamente vinculadas com aplicações em sentido amplo, com co-orientação explícita de especialistas nesses setores. 2) Realização de pelo menos um Workshop anual de Transferência, onde participarão os membros do CEPID e representantes de indústrias, administração, serviços, setores educativo e tecnológico. 3) Visitas periódicas de membros do CEPID a instituições com potencial para aplicações relevantes. 4) Elaboração de uma publicação interna chamada em princípio "Transference experiences" visando a consolidação de uma publicação mais permanente.

A presente proposta de projeto de pesquisa tem como objetivo estudar e desenvolver métodos de resolução para problemas de dimensionamento de lotes e programação da produção em dois tipos de cenários em industriais de bebidas: produção de refrigerantes e produção de garrafas de vidro. Os dois problemas apresentam como características básicas: dois níveis de produção, máquinas dispostas em paralelos, sequência dependência e custos relacionados ao estoque e troca. Essas características contribuem para o enquadramento desses problemas como NP-Difícil, levando ao uso de métodos heurísticos e metaheurísticos como técnicas para resolução dos mesmos. Todavia, o presente projeto também avaliará a associação desses métodos ao uso de programação matemática. Para isso, modelos matemáticos serão propostos ou reformulados dentro dos contextos industriais considerados. Desta forma, as meta-heurísticas poderão ser utilizadas na determinação de variáveis inteiras de modelos matemáticos, enquanto um método exato é utilizado na determinação das variáveis contínuas. Os estudos serão conduzidos a partir de dados obtidos em duas indústrias, uma localizada na região de Ribeirão Preto, São Paulo, voltada à produção de refrigerante e outra localizada em Portugal, voltada à produção de garrafas de vidro.

O presente projeto de pesquisa objetiva solucionar o Problema Capacitado de Dimensionamento de Lotes Multi-Nível (PCDLMN) usando heurísticas e metaheurísticas híbridas. As heurísticas propostas são Relax-and-Fix e Fix-and-Optimize. As metaheurísticas propostas são Busca Tabu e Algoritmo Genético. Esses métodos são integrados ao uso de programação matemática na resolução do problema. Logo, uma reformulação matemática do modelo do PCDLMN é também apresentada visando integrar a resolução exata do modelo com as heurísticas e metaheurísticas. Os resultados obtidos são comparados aqueles alcançados pela solução exata do modelo original do PCDLMN e a resultados recentemente reportados pela literatura. Alguns resultados preliminares já foram obtidos utilizando algoritmo genético multi-populacional associado à solução do modelo reformulado. Esse resultados foram recentemente aceito como trabalho completo no 2011 IEEE Congress on Evolutionary Computation.

Neste projeto de pesquisa temático tem-se como objetivo central o estudo de (A) problemas de corte e empacotamento, (B) problemas de dimensionamento de lotes e programação (scheduling), (C) integração dos problemas de corte ou empacotamento com os problemas de dimensionamento de lotes ou programação, tendo em vista aspectos teóricos e práticos. Por aspectos teóricos entendemos a modelagem de problemas, desenvolvimentos de métodos de solução, identificação de propriedades, revisão da literatura e estudos computacionais. Por outro lado, os aspectos práticos, além de incluir as etapas da parte teórica, devem ter uma motivação por problemas industriais, coleta de dados, validação do modelo na prática e desenvolvimento de ferramentas computacionais amigáveis. Também são objetivos deste projeto promover a integração e colaboração de grupos de pesquisadores de diferentes instituições interessados nestes problemas, assim como a formação de recursos humanos e a capacitação em pesquisa e desenvolvimento tecnológico.

O Problema Integrado de Dimensionamento de Lotes e Programação da Produção (PIDLPP) é motivado pela realidade encontrada na fabricação e engarrafamento de bebidas. A produção tem dois níveis interdependentes com decisões relativas à armazenagem das matérias-primas e ao engarrafamento das bebidas. Matérias-primas armazenadas em tanques escoam para linhas de produção. O problema consiste em estabelecer o dimensionamento e a programação da produção de custo mínimo, para produtos e matérias-primas, de forma simultânea e integrada nos dois níveis considerados. O projeto terá como objetivos aprofundar os estudos no PIDLPP propondo novos métodos de resolução para o problema. Meta-heurísticas evolutivas como Algoritmos Genéticos e Algoritmos Meméticos serão objeto de estudos deste projeto. A eficácia dos métodos desenvolvidos será testada inicialmente em instâncias do problema existentes na literatura e, posteriormente, em instâncias elaboradas a partir de dados fornecidos por indústrias de bebidas localizadas na região de Lavras e Belo Horizonte.