Juliana Keiko Sagawa.

O projeto visa o desenvolvimento de modelos quantitativos de previsão de demanda e a elaboração de um modelo de planejamento agregado utilizando programação inteira mista.

Esta atividade tem por principal finalidade a formulação de estratégias competitivas, a análise de custos e a análise de investimentos de uma microempresa da cidade de São Carlos. A formulação de estratégias segue as etapas do Planejamento Estratégico, e a análise dos concorrentes e dos custos da empresa busca auxiliar na definição de política de preços e no controle financeiro. Nesse contexto, realiza-se também uma análise de investimentos e fluxo de caixa relativa a alguns projetos da empresa, bem como o cálculo de métricas financeiras básicas como ponto de equilíbrio. Os empreendedores de micro e pequenas empresas muitas vezes vislumbram diretrizes estratégicas e financeiras acertadas para seu negócio, baseadas em intuição e experiência. Com o auxílio de ferramentas e de Adminsitração Estratégica, Custos e Engenharia Econômica, é interessante tornar esse processo explícito, bem como buscar apresentar outras possibilidades que até então não haviam sido consideradas.

Descentralização e capacidade de processamento de informações em tempo real são importantes princípios de projeto da Indústria 4.0. Os elementos da fábrica inteligente devem ser capazes de decisões autônomas, e os processos de produção, coleta de dados e feedback (realimentação) devem ocorrer contínua e instantaneamente. O Planejamento e Controle da Produção (PCP) deve tornar-se inteligente, ou seja, ser dinâmico e resposivo ao estado atual dos recursos e eventos inesperados, e dar uma resposta satisfatória. Neste projeto, propõem-se 2 eixos para se gerar sistemas de PCP inteligentes: 1) o uso de Teoria de Controle (Controle de Realimentação); 2) o uso de Aprendizado de Máquina. No primeiro eixo, têm se um modelo dinâmico com realimentação para controle da produção de múltiplos produtos, desenvolvido pela proponente com base em grafos de ligação (Bond Graphs, BG), uma ferramenta da Teoria de Controle. Utilizando-se dessa abordagem, propõem-se as seguintes inovações e extensões: a) a modelagem dinâmica de sistemas de Controle da Produção tradicionalmente explorados na literatura, como o sistema estoque-base, o sitema kanban e o sistema kanban estendido; b) a integração do modelo contínuo de grafos de ligação com modelos de simulação de eventos discretos (Discrete Event Systems, DES), visando gerar um modelo de DES com laço de realimentação, proposta inédita na área de Engenharia de Produção. A abordagem de Grafos de Ligação é inovadora para a área de gestão da produção; ela é característica das áreas de Engenharia Mecânica e Mecatrônica, sendo aplicada a sistemas físicos, e não sistemas de controle da produção. A motivação para desenvolver este eixo advém do potencial inovador do modelo, divulgado à comunidade científica desde 2015 por meio de artigos em periódicos de impacto, como também da interdisciplinaridade da pesquisa e da participação de pesquisadores internacionais. O segundo eixo do projeto contempla a aplicação de algoritmos de Aprendizado por Reforço Profundo (DRL) a problemas de programação e controle da produção. Tais algoritmos são adequados a problemas de decisão sequencial e tarefas de controle em tempo real. Eles têm sido aplicados a problemas de scheduling dinâmico, os quais consideram chegadas aleatórias de novas tarefas e eventos imprevistos que tornam a programação previamente estabelecida ineficaz ou inaplicável. Esta é uma área subdesenvolvida em relação ao scheduling tradicional, que é estático, i.e., considera um conjunto fixo de tarefas com informações conhecidas. Outra possibilidade é aplicar o DRL e a abordagem de agente para determinar dinamicamente parâmetros dos sistemas de controle da produção, como o sistema kanban. Uma proposta semelhante já foi feita para o sistema CONWIP (Constant Work in Process) de controle da produção, mas não para o sistema kanban. Os eixos propostos trarão contribuições acadêmicas ao estado da arte. Em todos os eixos haverá a participação de alunos de Graduação e Pós-Graduação, como já ocorre nos projetos de pesquisa da candidata. Assim, esse projeto busca contribuir socialmente com a formação, no Brasil, de recursos humanos especializados em áreas de conhecimento estratégicas, ligadas à indústria 4.0.

O planejamento e controle da produção (PCP) deve tornar-se inteligente, ou seja, ser dinâmico e resposivo ao estado do chão de fábrica em tempo real. Um modelo dinâmico com realimentação para controle da produção de múltiplos produtos foi desenvolvido pela proponente deste projeto com base nas ferramentas de Modelagem Dinâmica e Teoria de Controle. O tipo de modelagem desenvolvido, baseado em Grafos de Ligação, apresenta possibilidades de inovação e extensão. O presente projeto propõe as seguintes inovações: a melhoria do modelo matemático e a implantação de diferentes controladores, visando melhorar o desempenho do controle; a representação de diferentes sistemas de PCP (e.g. o controle de carga, WLC, e sistemas puxados) como sistemas dinâmicos com laço de realimentação; a inclusão de elementos híbridos do tipo SAS (switched arrival systems), que fazem a transição entre o domínio discreto e contínuo, permitindo uma programação da produção dinâmica e mais acurada. A abordagem utilizada (Grafos de Ligação) é inovadora para a área de gestão da produção, uma vez que o desenvolvimento deste tipo de modelagem concentra-se nas áreas de Engenharia Mecânica e Mecatrônica, com ênfase em sistemas físicos, e não sistemas de controle da produção. Assim, a motivação para desenvolver o projeto advém do potencial inovador do modelo, já divulgado à comunidade científica por meio de artigos com alto fator de impacto, como também da interdisciplinaridade da pesquisa, da participação de pesquisadores internacionais e das implicações sociais de se formar, no Brasil, recursos humanos especializados em áreas estratégicas, ligadas à indústria 4.0 (Tecnologias Habilitadoras e Tecnologias de Produção, Portaria n 1.122, MCTIC).

Descentralização e capacidade de processamento de informações em tempo real são importantes princípios de projeto da Indústria 4.0. Os elementos da fábrica inteligente devem ser capazes de decisões autônomas, e os processos de produção, coleta de dados e feedback (realimentação) devem ocorrer contínua e instantaneamente. O Planejamento e Controle da Produção (PCP) deve tornar-se inteligente, ou seja, ser dinâmico e resposivo ao estado atual dos recursos e eventos inesperados, e ser capaz de dar uma resposta satisfatória. Neste projeto, propõem-se alguns eixos para se gerar sistemas de Produção e de PCP inteligentes: 1) o uso de Teoria de Controle (Controle de Realimentação) para o controle de sistemas de produção; 2) o uso de Aprendizado de Máquina para parametrização dinâmica de sistemas de controle da produção e para a programação da produção; 3) a identificação de barreiras, soluções e modelos de referência para a Indústria 4.0, e de modelos de integração técnica e organizacional. No primeiro eixo, têm se um modelo dinâmico com realimentação para controle da produção de múltiplos produtos, desenvolvido com base em Gafos de Ligação (Bond Graphs, BG), uma ferramenta da Teoria de Controle. Propõem-se extensões a esse modelo e integração inédita com modelos de simulação de eventos discretos (DES). O segundo eixo do projeto contempla a aplicação de algoritmos de Aprendizado por Reforço Profundo (DRL) e sistemas baseados em agentes a problemas de programação e controle da produção, ou seja, ao scheduling dinâmico e à parametrização dinâmica de sistemas de controle da produção. Este eixo também inclui aplicações de Redes Neurais e aprendizado supervisionado a problemas da produção. O terceiro eixo trata do estudo de tecnologias e questões organizacionais relacionadas à implantação da indústria 4.0, incluindo modelos de referência, integração técnica, organizacional e da cadeia de suprimentos, estratégia de digitalização, etc. A motivação para desenvolver estes eixos advém do potencial inovador dos modelos, da interdisciplinaridade das pesquisas e da participação de pesquisadores internacionais. Os eixos propostos trarão contribuições acadêmicas ao estado da arte. Em todos os eixos há a participação de alunos de Graduação e Pós-Graduação. Assim, o projeto também busca contribuir socialmente com a formação, no Brasil, de recursos humanos especializados em áreas de conhecimento estratégicas, ligadas à indústria 4.0.

Time and flexibility have become important competitive factors. In order to gain competitive advantage from these factors, the companies management and control systems must be able to cope with uncertainties and dynamic conditions. Nevertheless, several models developed for Production Planning and Control rely on averages and stationary conditions. A closed-loop dynamic model for production control of multiple products was developed by the coordinator of this project. The applied modeling methodology, based on Bond Graphs and Control Theory, allows several possibilities of improvement. In order to extend this body of knowledge, the present project proposes the following extensions/improvements: the implementation of different controllers to the model, aiming to improve the control performance; the modeling of the elements of the system as agents for the implementation of Model Predictive Control (MPC); the inclusion of other relevant variables, such as the set up times of the machines. The originality of the model under development motivates the continuity of this research. In addition, the review of recent international literature in the field shows that an increasing amount of dynamic models have been developed, especially for the analysis of production-inventory systems and Supply Chain dynamics. However, the use of Dynamic Modeling and Control Theory to solve Production Management problems in Brazil is still very incipient. This research aims to contribute for the development this field.

In order to gain competitive advantage from time and flexibility, the management and control systems of the companies must be able to cope with uncertainties and dynamic conditions. Nevertheless, several models developed for Production Planning and Control rely on averages and stationary conditions. A dynamic multi-product model for production control based on Bond Graphs was proposed. This model was further developed by means of a Post-doc research carried out in the Bremen Institute of Production and Logistic (BIBA), in Germany. This present project aims to continue and extend this research avenue, as well as to consolidate the partnerships among the Federal University of São Carlos , the University of Bremen, the University of Ljubljana and the University of Groningen. The methodology applied for modeling allows several possibilities of improvement and extension, such as: the implementation of different controllers; the inclusion of other relevant variables, such as the set up times of the machines; the comparison with discrete events simulation; the representation of different order realease systems of PPC (such as workload control),etc. In addition, the review of recent international literature in the field shows that an increasing amount of dynamic models have been developed, specially for the analysis of production-inventory systems and Supply Chain dynamics. However, the use of Dynamic Modeling and Control Theory to solve Production Management problems in Brazil is still very incipient. This research aims to contribute for the development this field.

In order to gain competitive advantage from time and flexibility, the management and control systems of the companies must be able to cope with uncertainties and dynamic conditions. Nevertheless, several models developed for Production Planning and Control rely on averages and stationary conditions. A dynamic multi-product model for production control was developed by the coordinator of this project in a previous research for a PhD degree. This Post-doc research project aims to further develop model is model, as well as to consolidate the partnership among the Federal University of São Carlos and the University of Bremen. The methodology applied for modeling allows several possibilities of improvement and extension, such as: the implementation of different controllers to the model; the inclusion of other relevant variables, such as the set up times of the machines; the simulation of the model in distinct scenarios and production configurations, such as parallel machines and flow shop, among other possibilities. One possible extension also regards to the integration of the proposed dynamic model with hybrid systems, such as SAS (switched arrival systems). The feasibility of this integration should be investigated. The originality of the model under development motivates the further development of this research. In addition, the review of recent international literature in the field shows that an increasing amount of dynamic models have been developed, specially for the analysis of production-inventory systems and Supply Chain dynamics. However, the use of Dynamic Modeling and Control Theory to solve Production Management problems in Brazil is still very incipient. This research aims to contribute for the development this field.

O presente projeto de pesquisa é integrante da área de conhecimento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) classificada como Administração da Produção. Neste projeto será estudado o problema de programação de tarefas, conhecido na língua inglesa como Flow Shop scheduling. O problema consiste em programar n tarefas em m máquinas no ambiente Flow Shop permutacional, nos quais o tempo de preparação das máquinas não está incluído no tempo de processamento das operações, podendo ser dependente, ou não, das relações de precedência entre as tarefas (produtos) nas máquinas, para sistemas produtivos nos quais não existe a possibilidade de armazenagem das tarefas entre estágios de produção sucessivos (buffer zero), tendo como consequência o bloqueio de máquinas. O objetivo geral do projeto é propor métodos de soluções heurísticos para a obtenção de soluções de altíssima qualidade para o problema. Nesse sentido uma extensa experimentação computacional será realizada para fins de comparação e avaliação com outros métodos existentes reportados na literatura.

The main objective of this project is the development of a dynamic model for the production control of multi-product systems, i.e, a model that could respond to the environmental and internal uncertainties that affect the production flow. A job shop production system of propylene bags from a manufacturing company of the textile and petrochemical industry was modeled. The model was developed using Control Theory, System Dynamics modeling, and, more specifically, the Bond Graph technique. The mathematical formulation of the system was derived from the Bond Graphs. System implementation and simulation was performed with the aid of Simulink ® and Matlab ® software. The control objective was to adjust the operation frequency of the machines to attend the required demand while simultaneously keeping the work in process at the desired levels. In this current work, the focus of the analysis was placed on the transient response of the controlled system, with initial inventory levels set to zero. The best results were achieved with a hybrid controller, which leads the machines to operate at constant frequency in the initial period and, later on, starts to perform as a proportional controller. The proposed dynamic model is compatible with the findings of the qualitative research and with the PPC practice, since it is aligned with the PPC metrics, it improves the quality of information available for planning and it can respond to the uncertainties that may affect the production flow.

O controle da circularidade de componentes mecânicos como eixos, pistões e cilindros de motores, entre outros, é um aspecto crítico para garantir a funcionalidade destes componentes. Assim, existe uma demanda do setor produtivo pela medição da circularidade, e, conseqüentemente, existe uma demanda da rede nacional de laboratórios pela calibração de padrões de circularidade. O Inmetro oferece este serviço de calibração, entretanto, tal instituto não possui um sistema que forneça um padrão primário de circularidade. Isto faz com que a rastreabilidade dos padrões de referência nacionais tenha que ser obtida externamente, ou seja, implica que os padrões sejam calibrados por Institutos Nacionais de Metrologia de outros países. O objetivo deste projeto é a obtenção de um sistema primário de calibração de padrões de circularidade, ou seja, um sistema que não dependa de um nível mais alto na cadeia de rastreabilidade metrológica. Este objetivo será alcançado por meio da modificação do método de medição existente a partir do estudo, desenvolvimento e implantação de um método de separação de erros baseado no princípio de múltiplas orientações. Com isto, busca-se obter resultados de medição com melhor exatidão e menores incertezas. Além disso, planeja-se realizar modificações físicas no sistema de calibração e desenvolver rotinas de interfaceamento, aquisição e processamento de dados para que o método citado possa ser aplicado. Para a validação do sistema, deverão ser realizados vários testes e uma análise comparativa entre os resultados obtidos e os valores constantes nos certificados de calibração dos padrões de circularidade, certificados estes fornecidos por institutos nacionais de metrologia do exterior que possuem procedimento de medição primário de circularidade.

Transdutores eletrônicos de deslocamento são almpalmente utilizados em indústrias e laboratórios para medições diversas e controle de qualidade de produtos e componentes. Este projeto trata do desenvolvimento de um sistema de calibração por comparação com interferômetros laser calibrados. O objetivo é a obtenção de um sistema de alta exatidão, para provimento de rastreabilibdade nacional.

Desenvolviimento de uma câmera de imageamento a infra-vermelho para aplicações industriais e médicas.

Desenvolvimento de câmera de monitoramento ambiental a ser integrada em um satélite sino-brasileiro.

Desenvolvimento de um laser verde para cirurgias de fotocoagulação de lesões na retina.

O trabalho visa analisar e apresentar um projeto prático de aplicação da metodologia, acompanhando o ciclo DMAIC, observando as ferramentas aplicadas e avaliando a execução do projeto com relação aos fatores críticos de sucesso citados pelos principais pesquisadores da metodologia. Além disso, pode-se observar que adequada escolha do escopo do projeto é um fator crítico para seu sucesso. O projeto estudado visava a melhoria de um processo, mas, por estar ligado também ao projeto de produto, suscitou a necessidade de estabelecer a relação entre os projetos Seis Sigma e o Design For Six Sigma.

The current production systems demand fast, efficient and precise processes. In order to address these issues, most of the research efforts in the Metrology area have been focused into the development of faster and more accurate measuring systems, as well as into the definition of methods to better evaluate uncertainties in measurement. This work presents an automated system for the evaluation of form and orientation deviations of mechanical components. A six-degree-of-freedom industrial robot and LVDT sensors are used to take the measurements. The implementation of the proposed system depends on the application of a mathematical model for error separation since the accuracy of positioning and repeatability presented by the currently available industrial robots are not suitable for measuring micrometric deviations. Besides the application of the error separation model, this work also includes the development of data processing algorithms for the evaluation of geometrical deviations. Few similar systems tho the proposed one were developed. These systems were applied mainly for straightness and, in some cases, roundness measurements. This work aimed at broadening the range of applications fo this kind of measuring systems, making them suitable for the evaluation of flatness and orthogonality deviations. Additionally, the focus of the research was set to the performance evaluation of hte system and the error separation model. In order to do that, experimental tests with three different parts were carried out. The values found were compared to the values of the deviations measured with conventional GD&T practice. The obtained results showed the efficiency of the proposed system, which also presented good repeatability.

O projeto constituiu-se no estudo de algoritmos matemáticos para a avaliação de erros de medição. O enfoque mais específico é em modelagem de curvas usando Programação Linear e métodos de otimização como o Simplex. O trabalho foi desenvolvido para a a avaliação do erro de planicidade e estudou-se a possiblidade de aplicação para o erro de circularidade. Programas computacionais e um sistema de medição foram montados para a realização de testes e validação dos algoritmos. Os resultados mostraram que, para uma mesma nuvem de pontos experimetais, a modelagem por Programação Linear forneceu valores de erro sempre menores do que aqueles avaliados pelo método dos Mínimos Quadrados.