https://hdl.handle.net/1884/39846 Sat, 30 May 2026 23:18:53 GMT 2026-05-30T23:18:53Z https://hdl.handle.net/1884/105238 Aprendizado por reforço aplicado ao problema de alocação de berços no porto de Paranaguá e Antonina Resumo: O Problema de Alocação de Berços (PAB) é um dos principais desafios operacionais enfrentadospor terminais portuários, especialmente em contextos com alta variabilidade de carga, múltiplosoperadores e restrições físicas, como ocorre no sistema da APPA (Administração dos Portosde Paranaguá e Antonina). A alocação eficiente dos navios aos berços impacta diretamente otempo de espera, o uso da infraestrutura e a fluidez da cadeia logística. Diante da naturezaestocástica do ambiente portuário e das limitações dos métodos determinísticos tradicionais,esta dissertação propõe a modelagem do PAB como um Processo de Decisão Sequencial(SDP), resolvido por meio de Aprendizado por Reforço (Reinforcement Learning – RL). Aabordagem considera estados definidos por parâmetros operacionais reais, como tipo de carga,tempo de manuseio, configuração dos berços e tempos de troca entre tipos de operação. Aabordagem incorpora técnicas de clusterização funcional para reduzir o espaço de estados emelhorar a especialização das políticas aprendidas. O treinamento é realizado com base emrecompensas projetadas para maximizar a ocupação dos berços e minimizar o tempo de esperadas embarcações. Os resultados obtidos incluem ganhos significativos de eficiência operacionalem relação a políticas tradicionais, como First-In First-Out (FIFO) e Priority of Handling Time(PHT), com destaque para uma redução média de aproximadamente 37% nos tempos deespera das embarcações, além de escalabilidade e robustez frente a incertezas operacionais.Esta abordagem contribui para o avanço de soluções baseadas em inteligência artificial no setorportuário e pode ser replicada em outros terminais com características similares.; Abstract: The Berth Allocation Problem (BAP) is one of the main operational challenges faced by portterminals, especially in contexts with high cargo variability, multiple operators, and physicalconstraints, as observed in the APPA system (Administration of the Ports of Paranaguá andAntonina). Efficient allocation of vessels to berths directly impacts waiting times, infrastructureutilization, and the fluidity of the logistics chain. Considering the stochastic nature of the portenvironment and the limitations of traditional deterministic methods, this dissertation proposesmodeling the BAP as a Sequential Decision Process (SDP), solved through ReinforcementLearning (RL). The approach considers states defined by real operational parameters, such ascargo type, handling time, berth configuration, and switching times between different types ofoperations. The model incorporates functional clustering techniques to reduce the state spaceand improve the specialization of the learned policies. The training process is realized usingreward functions designed to maximize berth occupancy and minimize vessel waiting times.The results achieved include significant operational efficiency gains compared to traditionalpolicies such as First-In First-Out (FIFO) and Priority of Handling Time (PHT), with emphasison an average reduction of approximately 37% in vessel waiting times, in addition to improvedscalability and robustness in the face of operational uncertainties. This approach contributesto the advancement of artificial-intelligence-based solutions in the port sector and can bereplicated in other terminals with similar characteristics. Orientador: Prof. Dr. Eduardo Tadeu Bacalhau; Banca: Eduardo Tadeu Bacalhau (Presidente da Banca), Cassius Tadeu Scarpin e Flavia Barbosa; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 22/12/2025; Inclui referências Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/105238 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/101529 Ferramenta computacional para simulação de voos de aeronaves de asa fixa Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento, a implementação e a validação de um ambiente integrado de simulação de dinâmica de voo para aeronaves de asa fixa. O ambiente foi construído no Matlab/Simulink e combina um modelo dinâmico de seis graus de liberdade com um modelo aerodinâmico de média fidelidade, gerado de forma automatizada pelo método Vortex Lattice (VLM) através do software Athena Vortex Lattice (AVL). A ferramenta automatiza o fluxo completo, desde a definição da geometria pelo usuário até a geração de um banco de dados de coeficientes aerodinâmicos (contendo combinações de ângulo de ataque, derrapagem e deflexões das superfícies de controle) e a simulação dinâmica em tempo real, visualizada de forma imersiva no software FlightGear por meio de comunicação UDP a 30 quadros por segundo. A acessibilidade do sistema é garantida pela automação de etapas que normalmente exigem integração manual entre softwares especializados, reduzindo a necessidade de conhecimento prévio em programação de simulações. A robustez técnica é assegurada pela utilização dos modelos físicos consolidados: equações de movimento de corpo rígido, método VLM para aerodinâmica potencial, transformações de coordenadas entre sistemas aerodinâmico, do corpo, inercial e geodésico (WGS84), e a integração numérica via método de Runge-Kutta de 4ª ordem. O sistema foi validado em dois níveis. Primeiro, o modelo aerodinâmico gerado pelo VLM foi comparado com dados de túnel de vento e CFD para um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT), mostrando correlação de coeficiente de sustentação (CL) com desvios médios inferiores a 10% para ângulos de ataque de 0° a 12°, enquanto a limitação conhecida do método para arrasto parasita foi confirmada. Segundo, a resposta dinâmica integrada foi comparada com dados de ensaios em voo da aeronave 26% Cub Crafters CC11-100 Sport Cub S2. Os resultados mostram a reprodução dos modos dinâmicos fundamentais, com coeficientes de correlação de Pearson superiores a 0,85 ao comparar respostas a entradas de degrau de profundor, ailerons e leme, além do fenômeno phugoid. A ferramenta desenvolvida opera em hardware de consumo (computador pessoal e joystick) e fornece, como saída, visualização em tempo real e telemetria completa dos parâmetros de voo. Os resultados obtidos indicam que o ambiente é funcional e adequado para aplicações que priorizam agilidade e acessibilidade, como projeto conceitual, análise preliminar de qualidades de voo e ensino em engenharia aeronáutica; Abstract: This work presents the development, implementation, and validation of an integrated flight dynamics simulation environment for fixed-wing aircraft. The environment was built in Matlab/Simulink and combines a six-degree-of-freedom dynamic model with a medium-fidelity aerodynamic model, automatically generated using the Vortex Lattice Method (VLM) through the Athena Vortex Lattice (AVL) software. The tool automates the complete workflow, from user-defined geometry to the generation of an aerodynamic coefficients database (containing combinations of angle of attack, sideslip, and control surface deflections) and real-time dynamic simulation, visualized immersively in the FlightGear software via UDP communication at 30 frames per second. The system's accessibility is guaranteed by the automation of steps that typically require manual integration between specialized software, reducing the need for prior knowledge in simulation programming. Its technical robustness is ensured by the use of consolidated physical models: rigid-body equations of motion, the VLM for potential flow aerodynamics, coordinate transformations between aerodynamic, body, inertial, and geodetic (WGS84) systems, and numerical integration via the 4th-order Runge-Kutta method. The system was validated on two levels. First, the VLM-generated aerodynamic model was compared with wind tunnel and CFD data for an Unmanned Aerial Vehicle (UAV), showing lift coefficient (CL) correlation with average deviations below 10% for angles of attack from 0° to 12°, while the method's known limitation for parasitic drag was confirmed. Second, the integrated dynamic response was compared with flight test data from the 26% scale Cub Crafters CC11-100 Sport Cub S2 aircraft. The results show the reproduction of the fundamental dynamic modes, with Pearson correlation coefficients above 0.85 when comparing responses to step inputs in the elevator, ailerons, and rudder, as well as the phugoid phenomenon. The developed tool operates on consumer hardware (personal computer and joystick) and provides, as output, real time visualization and complete flight parameter telemetry. The obtained results indicate that the environment is functional and suitable for applications that prioritize agility and accessibility, such as conceptual design, preliminary flight qualities analysis, and aeronautical engineering education Orientador: Prof. Dr. Roberto Pettres; Banca: Roberto Pettres (Presidente da Banca), Roberto Carlos Moro Filho e Eduardo Matos Germer; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 17/12/2025; Inclui referências; Área de concentração: Mecânica Computacional Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/101529 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/101459 O uso de técnicas de análise multivariada e séries temporais para modelagem preditiva de preços dos óleos básicos utilizados em óleos lubrificantes Resumo: A precificação de Óleos Básicos, principais insumos utilizados na formulação de lubrificantes,é influenciada por múltiplos fatores econômicos, financeiros e setoriais, tomando sua previsãoum desafio relevante para a indústria. Este estudo propõe uma abordagem inédita que integratécnicas de Análise Multivariada e de Séries Temporais para prever os preços desses insumose identificar os fatores que mais influenciam suas variações. O banco de dados inicial écomposto por 227 variáveis relacionadas à oferta e demanda de petróleo, indicadoresmacroeconômicos, commodities, moedas, índices financeiros e ações de empresas do setor,sendo os dados dispostos de janeiro de 2010 a julho de 2023. Foram analisadas as séries depreços mensais de 31 Óleos Básicos dos Grupos I, II e III. A partir das técnicas de AnáliseMultivariada empregadas, foi possível formar, a partir do banco original, dois subconjuntosestruturados de variáveis, um com 135 e outro com 71 variáveis, preservando apenas aquelascom maior relevância estatística ou comportamento semelhante. Assim, todos os testes foramrealizados considerando as três bases: (a) 227 variáveis, (b) 135 variáveis e (c) 71 variáveis.Essa redução de dimensionalidade visou especificamente aprimorar a precisão da previsão,sendo que essas bases de dados variáveis demonstraram bom desempenho preditivo para ÓleosBásicos e horizontes específicos, validando a eficácia da seleção de variáveis. Inicialmente,aplicaram-se Análise de Componentes Principais (ACP) e Análise Fatorial (AF) para reduzir adimensionalidade e identificar estruturas latentes no conjunto de dados. Em seguida, técnicasde Reconhecimento de Padrões, como a Análise de Agrupamentos (Cluster Analysis) e aAnálise Discriminante, foram utilizadas para validar a separação entre grupos homogêneos devariáveis. Com base nos resultados Multivariados, desenvolveu-se um modelo de RegressãoLinear Múltipla para prever os preços dos Óleos Básicos. Para incorporar a dinâmica temporaldas variáveis independentes, foram projetados valores futuros via modelos ARIMA e utilizadoscomo entradas na Regressão, permitindo avaliar a capacidade preditiva para horizontes de 3, 6e 12 meses. A acurácia dos modelos foi avaliada pelo MAE, MAPE e MSE. Os resultadosdemonstraram desempenho robusto, especialmente no horizonte de seis meses, no qual amaioria dos modelos apresentou MAPE inferior a 5%. Em resumo, é possível afirmar que aintegração de técnicas de Análise Multivariada, agrupamento e modelos de Séries Temporaisconstitui uma abordagem eficaz para previsão de preços de Óleos Básicos e para a identificaçãodas variáveis com maior influência na precificação.; Abstract: The pricing of Base Oils, the main inputs used in the formulation o f lubricants, is influenced bymultiple economic, financial, and sectoral factors, making their forecasting a relevant challengefor the industry. This study proposes an innovative approach that integrates MultivariateAnalysis techniques and Time Series models to predict tiie prices of these inputs and identifythe factors that most strongly influence their variability. The initial dataset comprises 227variables related to global petroleum supply and demand, macroeconomic indicators,commodities, exchange rates, financial indices, and energy-related company stocks, with dataspanning from January 2010 to July 2023. Monthly price series for 31 Base Oils from GroupsI, II, and III were analyzed. Based on the multivariate techniques employed, two structuredsubsets of variables were derived from the original dataset, containing 135 and 71 variables,respectively. These subsets retained only the most relevant variables or those exhibiting similarstatistical behavior. Thus, ali tests were conducted across three datasets: (a) 227 variables, (b)135 variables, and (c) 71 variables. This dimensionality reduction aimed to enhance forecastingaccuracy, and these variable datasets demonstrated strong predictive performance for specificBase Oils and forecast horizons, validating the effectiveness of the variable selection process.Principal Component Analysis (PCA) and Factor Analysis (FA) were first applied to reducedimensionality and identify latent structures within the dataset. Subsequently, pattemrecognitiontechniques, such as Cluster Analysis and Discriminant Analysis, were used tovalidate the separation of homogeneous groups o f variables. Based on the multivariate results,a Multiple Linear Regression model was developed to forecast Base Oil prices. To incorporatethe temporal dynamics of the independent variables, future values were projected using ARIMAmodels and inserted into the regression equation, enabling the evaluation of predictiveperformance for 3-, 6-, and 12-month horizons. Model accuracy was assessed using MAE,MAPE, and MSE. Results showed robust performance, especially for the six-month horizon, inwhich most models achieved MAPE values below 5%. In summary, the integration ofMultivariate Analysis, clustering techniques, and Time Series models provides an effectiveapproach for forecasting Base Oil prices and identifying the variables that exert the greatestinfluence on their pricing behavior. Orientador: Prof. Dr. Cassius Tadeu Scarpin; Coorientador: Dr. Alexandre Cancian Bajotto; Banca: Cassius Tadeu Scarpin (Presidente da Banca), Wyrllen Everson de Souza, Anselmo Chaves Neto, Cibelle Maria Russo Novelli; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 10/12/2025; Inclui referências; Área de concentração: Programação Matemática Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/101459 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/99005 Integrando a busca iterativa em espaço restrito e métodos exatos : uma abordagem alternativa para o problema do caixeiro viajante Resumo: Este trabalho propõe uma matheurística baseada no princípio da Busca Iterativa em Espaço Restrito, ou Iterative Restricted Space Search (IRSS), associando a utilização da heurística de Lin-Kernighan (LK) e abordagens exatas para resolver diversas instâncias da versão simétrica do Problema do Caixeiro Viajante. O objetivo central deste estudo é avaliar a integração da heurística LK e abordagens exatas no contexto da estratégia IRSS de busca e propor uma alternativa superior em relação às abordagens exatas e heurística quando aplicadas de maneira exclusiva. Foram avaliadas vinte e duas instâncias do TSP, com dimensões variando 16 e 202 nós, utilizando o valor da função objetivo, gap e tempo de processamento como parâmetros de desempenho das abordagens. Os resultados indicam que, embora o método exato tenha alcançado a otimalidade em todas as instâncias, seu tempo de processamento cresce acentuadamente a partir de 124 nós. A heurística LK apresentou o menor tempo de processamento, resolvendo instâncias com mais de duzentos nós em frações de segundos, no entanto, esta apresentou perdas expressivas na qualidade das soluções encontradas com o aumento das dimensões das instâncias. Já a matheurística apresentou tempos de processamento consideravelmente inferiores aos do método exato e foi capaz de produzir soluções de elevada qualidade com gaps inferiores. A abordagem puramente exata é recomendável quando se exige otimalidade e o tamanho do problema não for impeditivo; a heurística LK atende a situações em que se demandam respostas rápidas com menor rigor quanto à qualidade da solução; já a matheurística se destacou como uma alternativa promissora por conciliar tempos inferiores de processamento e qualidade de solução; Abstract: This study proposes a matheuristic based on the Iterative Restricted Space Search (IRSS) principle, combining the Lin-Kernighan (LK) heuristic with exact methods to solve various instances of the symmetric Traveling Salesman Problem (TSP). The main objective of this research is to assess the integration of the LK heuristic and exact methods within the IRSS framework, aiming to offer a superior alternative compared to the isolated application of heuristic or exact approaches. Twenty-two TSP instances, ranging from 16 to 202 edges, were assessed and the objective function value, optimality gap, and processing time were used as performance metrics. The results show that, although the exact method reached optimality in all cases, its processing time increased notably for instances with more than 124 nodes. The LK heuristic achieved the fastest execution times, solving large instances in fractions of a second, but its solution quality tended to deteriorate as the instance size increased. The proposed matheuristic, in turn, produced high-quality solutions with substantially lower gaps and reduced processing times compared to the exact method. The exact approach is recommended when optimality is required, and instance size is not prohibitive; the LK heuristic is suitable for scenarios demanding quick responses with less concern for solution quality; and the matheuristic emerged as a promising alternative by combining fast processing times with high-quality results Orientador: Prof. Dr. Cassius Tadeu Scarpin; Coorientador: Prof. Dr. José Eduardo Pécora Junior; Banca: Cassius Tadeu Scarpin (Presidente da Banca), David Gabriel de Barros Franco e Julio Eduardo Arce; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 03/09/2025; Inclui referências Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/99005 2025-01-01T00:00:00Z