Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Metamodelagem adaptativa para otimização via simulação a eventos discretos
Autor(es): AMARAL, João Victor Soares do
Primeiro Orientador: MONTEVECHI, José Arnaldo Barra
metadata.dc.contributor.advisor-co1: MIRANDA, Rafael de Carvalho
Resumo: Pilar da Indústria 4.0, a Otimização via Simulação (OvS) é uma ferramenta poderosa utilizada em diversos campos, que permite a avaliação de um sistema sob diversas condições, facilita a sua análise de desempenho e torna a tomada de decisões mais eficiente. Por outro lado, a OvS pode ser demorada, especialmente quando se considera a otimização de modelos complexos. Nesse sentido, a metamodelagem emergiu como uma técnica promissora para OvS. A metamodelagem visa estabelecer e estimar uma relação entre as entradas e saídas de um modelo de simulação, criando um modelo simplificado utilizado para avaliar soluções potenciais durante o processo de otimização. Este estudo apresenta um novo framework de metamodelagem adaptativa, denominado de Adaptive Metamodeling-based Simulation Optimization (AMSO), para otimização de modelos de Simulação a Eventos Discretos complexos e computacionalmente intensivos. Esta abordagem combina aprendizado de máquina e técnicas meta-heurísticas para identificar as áreas mais promissoras do espaço de soluções que podem ser exploradas de forma mais eficiente para alcançar soluções de alta qualidade. O framework proposto é avaliado em três objetos de estudo reais da indústria: um problema de alocação de recursos em modelo de gêmeo digital de manufatura, um projeto de expansão de capacidades de uma usina de minério de ferro e um problema de alocação em um hospital temporário. Comparado ao método Efficient Global Optimization, o AMSO encontrou uma solução 8,1% melhor (em média) no primeiro objeto de estudo, 9,7% no segundo e 28,4% no terceiro, sem diferença significativa no tempo computacional gasto. Além disso, a AMSO encontrou soluções estatisticamente iguais ao método do Algoritmo Genético, mas que exigiram 83,6%, 90,6% e 65,2% menos tempo computacional no primeiro, segundo e terceiro caso, respectivamente. Os resultados encontrados mostram a aplicabilidade e robustez do framework proposto para otimização dos objetos de estudo analisados.
Abstract: A pillar of Industry 4.0, Simulation Optimization (SO) is a powerful tool used across several fields, which allows the evaluation of a system under different conditions, facilitates its performance analysis and makes decision-making more efficient. On the other hand, the SO might be time-consuming, particularly when considering complex model optimization. In this sense, metamodeling has emerged as a promising technique for simulation optimization. Metamodeling aims to establish and estimate a relationship between the inputs and outputs of a simulation model, creating a simplified model used to evaluate potential solutions during the optimization process. Metamodeling approaches can be classified as metamodeling with a fixed experimental design, in which a single experimental database is generated at the beginning of the project and the metamodel is trained exclusively on this basis, and adaptive metamodeling, which is based on the iterative construction of metamodels that are adjust and refine throughout the optimization process. This paper presents a novel metamodeling framework, called Adaptive Metamodeling-based Simulation Optimization (AMSO), to optimize complex and expansive discrete event simulation models. The proposed approach combines machine learning and metaheuristic techniques to identify the most promising areas of the solution space that can be explored more efficiently to achieve high-quality solutions. The proposed framework is evaluated in three real-world industry case studies: a resource allocation problem in a manufacturing digital twin model, a capacity expansion project for an iron ore plant, and an allocation problem in a temporary hospital. Compared to the Efficient Global Optimization method, AMSO found a solution that was 8.1% better (on average) in the first case study, 9.7% better in the second, and 28.4% better in the third, with no significant difference in computational time spent. Additionally, AMSO found solutions statistically equivalent to the Genetic Algorithm method but required 83.6%, 90.6%, and 65.2% less computational time in the first, second, and third cases, respectively. The results found demonstrate the applicability and robustness of the proposed framework for optimizing the study objects analyzed
Palavras-chave: Otimização via simulação
Metamodelagem adaptativa
Simulação a eventos discretos
Gradient-boosted trees
Machine learning
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEPG - Instituto de Engenharia de Produção e Gestão
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia de Produção
Citação: AMARAL, João Victor Soares do. Metamodelagem adaptativa para otimização via simulação a eventos discretos. 2025. 151 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Produção) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4281
Data do documento: 29-Abr-2025
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