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Otimização Aplicada à Engenharia - MEMan

Curso Mestrado em Engenharia de Manutenção
Unidade Curricular

Optimização Aplicada à Engenharia

Obrigatória  x
Opcional  
Área Científica Controlo de Sistemas
Ano: 1º Semestre: 1º ECTS: 6.5 Total de Horas: 175.5
Horas de Contacto T: TP: 67.5 PL: S: OT:
Docente

José Manuel P. do Valle Cardoso Igreja

T - Teórica; TP - Teórico-prática; PL - Prática Laboratorial; S - Seminário; OT - Orientação Tutorial.

  • Objectivos da unidade curricular e competências a desenvolver

    Após aprovação na unidade curricular, o aluno deverá possuir a capacidade de:

    1. Formular problemas de optimização em engenharia.

    2. Analisar contextualmente as soluções dos problemas de optimização.

    3. Obter soluções óptimas em diferentes problemas ligados à engenharia.

    4. Compreender alguns dos algoritmos utilizados na optimização de sistemas lineares e não lineares.

    5. Compreender a utilização de sistemas de inteligência artificial em complexos problemas de engenharia.

    6. Modelar e simular sistemas de engenharia.

    7. Utilizar sistemas inteligentes na modelação e optimização de sistemas em engenharia

  • Conteúdos Programáticos

    1. Introdução à Optimização

    Evolução histórica. A abordagem. Introdução à formalização.

    2. Programação linear

    Definições e conceitos básicos. Hipóteses da programação linear. Definições básicas. Resolução gráfica. Resolução pelo algoritmo do simplex. Método do “big M”. Dualidade e análise de sensibilidade. Análise pós-optimização.  

    3. Redes neuronais artificiais

    Introdução. O neurónio como elemento base. Funções de activação.

    4. Perceptrões multicamada

    Propriedades de aproximação.

    Treino supervisionado em perceptrões multicamada. Generalização e validação.

    5. Algoritmos Genéticos

    Fundamentos matemáticos. Implementação computacional. Aprendizagem com recurso a algoritmos genéticos.

    6. Introdução à simulação

    Terminologia e conceitos básicos. Métodos de geração para distribuições de probabilidade. Diagramas de ciclo de actividades. Estatísticas de funcionamento.

  • Demonstração da coerência dos conteúdos programáticos com os objectivos da unidade curricular

    A unidade curricular de optimização aplicada à engenharia versa fundamentalmente algoritmos de optimização. A obtenção de soluções óptimas em problemas dedicados à engenharia (produção, transportes, afectação de recursos, etc.)
    permite analisar, decidir e implementar soluções que tornem os sistemas produtivos mais eficientes. Desta forma, no primeiro capítulo da unidade curricular são fornecidas as primeiras ferramentas para uma correcta formulação matemática do problema em causa. No capítulo 2 é estudado de forma exaustiva a optimização de sistemas lineares, aplicados a sistemas de engenharia. Nos capítulos 3 e 4 definem-se os conceitos básicos e os algoritmos de optimização
    na área das redes neuronais. O capítulo 5 define e apresenta de forma pouco aprofundada a utilização de algoritmos genéticos em optimização. Finalmente no último capítulo apresenta-se as ferramentas básicas que podem ser utilizadas na simulação dos processos desenvolvidos até ao momento.

  • Metodologias de ensino (avaliação incluída)

    Sempre que pedagogicamente seja válido, durante as aulas teóricas, utilizam-se simulações de casos reais optimizados através de software específico. As aulas práticas são utilizadas para que os alunos desenvolvam as competências necessárias à aplicação dos conceitos apreendidos.

    A Unidade Curricular é complementada em laboratório com a realização de um projecto considerado pedagogicamente fundamental.

    A avaliação na unidade curricular far-se-á através de dois meios: 1.Realização de um projecto 2.Avaliação escrita através da realização de um exame escrito. Para obter a aprovação na unidade curricular será necessário obter uma nota não inferior a 10, resultante da seguinte média ponderada de:

    NF=NE*0,5+NP*0,5

    NF - Nota Final.

    NE - Nota Exame.

    NP - Nota do Projecto.

    O aluno deve ter no mínimo nota superior a 9.5 valores (classificado de 0 a 20) no exame escrito. O exame deverá ser efectuado numa das épocas de exame disponíveis ao aluno.

  • Demonstração da coerência das metodologias de ensino com os objectivos da unidade curricular

    Sendo uma unidade curricular com uma predominante vertente de aplicação prática na área da engenharia, a utilização de aulas práticas com utilização de software para a resolução de problemas práticos, desenvolve nos alunos a capacidade de resolução de problemas em ambiente laboral. A introdução de um projecto, de resolução obrigatória, consegue desenvolver a capacidade de análise e crítica de uma solução que deve ser implementada num sistema de engenharia. Desta forma, o aluno consegue atingir os objectivos delineados em termos de aprendizagem, reflectindo e analisando diferentes tipos de problemas. A formulação teórica de cada método é acompanhada de perto com casos práticos, motivando os alunos para a aplicabilidade e importância da unidade curricular no futuro do engenheiro mecânico.

  • Bibliografia Principal

    L. Valadares Tavares et al., Investigação Operacional, McGraw-Hill.

    Hillier / Lieberman, Introduction to operation research, McGraw-Hill.

    Wayne L. Winston, Operations Research – Applications and Algorithms, Duxbury Press.

    Alexander M. Meystel, James S. Albus; “Intelligent Systems - Architecture, Design, and Control”, John Wiley & Sons, Inc., 2002

    Laurene Fausett; “Fundamentals of Neural Networks – Architectures, Algorithms and Applications, Prentice-Hall, 1994”

    Lance Chambers; “The Practical