Ingeniería

Excluidos sin justa causa

Fuzzy Inference System based on Boolean and Kleenean relations with Convex Combiner

Resumen Contexto: En el proceso de diseño de sistemas de control difuso basados en relaciones booleanas o kleeneanas (FIS-BKR, por sus siglas en inglés) existe una clara disyuntiva a la hora de elegir las extensiones kleeneanas regulares de una función booleana dada. El conjunto de posibles extensiones kleeneanas de una función booleana tiene estructura reticular bajo el orden parcial usual de funciones. La combinación convexa difusa propuesta por Zadeh garantiza ciertas propiedades relacionadas con este orden. Método: La adición de un combinador convexo antes del defusificador ofrece una solución a esta situación. Los índices de desempeüo ISE (Integral Squared Error) e ITSE (Integral Time-weighted Squared Error) son usados en la sintonización de un sistema de control de nivel de líquido en un tanque cilíndrico. Resultados: El proceso de sintonización llevado a cabo en el controlador de nivel tipo FIS-BKR con combinador convexo difuso usando coeficientes constantes implico una mejora en la respuesta del sistema controlado de hasta el 1.427% para el ISE y de hasta el 21.99% para el ITSE con respecto al desempeño de las extensiones extremas. Conclusiones: Se presentaron nuevas evidencias de las características favorables de controladores FIS- BKR con combinador convexo difuso cuando se evaluaron los índices de desempeño ISE e ITSE. Por otro lado, teniendo en cuenta que la sintonización de los parámetros de combinación convexa se realizó mediante búsqueda exhaustiva, como trabajo futuro valdría la pena explorar técnicas de optimización más eficientes.

Abstract Context: In the design process of Fuzzy Inference Systems based on Boolean and Kleenean Relations (FIS-BKR) there is a dilemma choosing the regular kleenean extensions of a given boolean function. The set of possible kleenean extensions of a boolean function has a lattice structure under the usual partial order of functions. The fuzzy convex combination proposed by Zadeh guarantees some properties related to this order. Method: The addition of a convex combiner just before the defuzzifier offers a solution to the above situation. The ISE (Integral Squared Error) and ITSE (Integral Time-weighted Squared Error) performance indexes were used on an application for tuning a liquid level control system. Results: The tuning process carried out on the FIS-BKR controller with fuzzy convex combiner using constant coefficients, implied an improvement of the controlled system up to 1.427% for ISE index and up to 21.99% for ITSE with respect to the extreme extensions. Conclusions: New evidence of convenient characteristics of FIS-BKR controllers with fuzzy convex combiner was presented when the performance indexes ISE and ITSE were evaluated. On the other hand, although in this work parameter tuning for convex combination was done by grid search (brute force), it would be interesting to study more effective optimization methods for this purpose.

Estimation of Dilution of Atmospheric Contaminants from a Paper Factory Using the AERMOD Model

Resumen Contexto: La modelización de contaminantes atmosféricos es un instrumento que apoya la gestión de la calidad del aire. En este estudio se analizó la dispersión de tres contaminantes atmosféricos (SO2, NO2 y partículas suspendidas totales o PST) emitidos por una caldera de una empresa productora de papel, que se encuentra ubicada en el departamento del Valle del Cauca; por otro lado, se identificó su potencial afectación en los asentamientos poblacionales ubicados a 5 km alrededor de la fuente fija. Método: El estudio se estructures en tres etapas, la primera consistió en la recopilación y procesamiento de información meteorológica, topográfica y datos de muestreos isocineticos; la segunda en la modelización de dispersión de contaminantes usando AERMOD ViewTM y la tercera en la definición del impacto sobre las poblaciones aledañas. Resultados: La pluma de contaminación se dispersó hacia las direcciones predominantes del viento y su trayectoria se ve afectada por la topografía montañosa del lugar. Las concentraciones máximas de contaminantes encontradas (0,012 μg SO2 /m3, 1,42 μg NO2 /m3 and 0,109 μg TSP/m3) resultaron inferiores a lo establecido en la normatividad ambiental colombiana. Conclusiones: El sistema de control de emisiones usado por la fábrica de papel estudiada garantiza el cumplimiento de la norma de calidad de aire y genera un bajo impacto sobre las poblaciones expuestas; adicionalmente, las condiciones de inestabilidad atmosférica favorecieron la capacidad de dilución de los contaminantes descargados a la atmosfera. Aunque el modelo AERMOD resulto lítil en la modelización de contaminantes bajo condiciones de inestabilidad atmosférica y corta longitud (< 5 km), presento limitaciones para simular las transformaciones químicas de SO2 y NO2, siendo recomendable evaluar otros modelos que permitan realizar un análisis comparativo y seleccionar el modelo más adecuado.

Abstract Context: Modeling of atmospheric pollutants is an useful tool for air quality monitoring and management. In this study the dispersion of three atmospheric pollutants (SO2, NO2 and Total Suspended Particles TSP) emitted by a boiler from a paper factory at Valle del Cauca department was estimated and its potential impact on the population settlements located at 5 Km around the stationary source was identified. Method: The study was structured in three stages: (i) compiling and processing of meteorological, topographic and isokinetic sampling data; (ii) modeling the dispersion of pollutants using AERMOD ViewTM; and (iii) determination of the impact on surrounding populations. Results: The pollution plume is dispersed towards predominant directions of wind and the trajectory is affected by mountainous topography. The maximum concentrations of pollutants found (0,012 μg SO2 /m3, 1,42 μg NO2 /m3 and 0,109 μg TSP/m3 ) were lower than the Colombian air quality standards. Conclusions: The emission-control systems used by the studied paper industry ensures compliance with the air quality standard and generates a low impact on exposed populations. In addition, the atmospheric instability conditions favored the dilution of the contaminants discharged to the atmosphere. Although the AERMOD model was useful in the modeling of pollutants under atmospheric instability conditions and short length (< 5 km), it has limitations to simulate the chemical transformations of SO2 and NO2, therefore it is recommended to evaluate other models that allow a comparative analysis and select the most appropriate model.

Sizing of Warehouse based on Material Requirements Planning for a Polyurethane Coating Factory

Resumen Contexto: El diseño del almacén es un factor clave en la configuración de los sistemas logísticos, pues facilita la gestión oportuna de materiales, productos intermedios o finales, mejorando el tiempo, costo y nivel de servicio al cliente. Para lograrlo se requiere el apoyo de expertos que integren en el diseño una combinación apropiada de almacenamiento, manipulación de materiales y selección n de pedidos; sin embargo, tal nivel de integración aún no se ha logrado ya que los avances en el tema han sido abordados desde diferentes aspectos del dimensionamiento y de manera independiente. Método: Se presenta un método de dimensionamiento de almacenes compuesto de dos fases. En la primera se definen variables y parámetros que son obtenidos a partir del proceso de planeación de la producción; en la segunda, se desarrollan cinco etapas que culminan con el diseño integral del almacén, en la cual se aplica un modelo matemático de dimensionamiento existente que incorpora una nueva ecuación. Resultados: El método de dimensionamiento de almacenes se aplica a una empresa que abastece poliuretano líquido en el sector de la construcción. Se generan cuatro opciones de configuración de muelles de recepción-envío y cinco opciones de almacenamiento; la mejor opción genera un área promedio, capacidad real promedio y porcentaje de utilización promedio de almacenamiento de 374,8 m2, 360 pallet y 93,8 % respectivamente, siendo estos resultados acordes con la dinámica de la empresa. Conclusiones: El método es funcional en la organización, puesto que permite evaluar opciones de configuración de flujo y su respectivo dimensionamiento, los cuales pueden influir en decisiones de gran importancia, por ejemplo, en determinar la capacidad operativa de la empresa a corto, mediano y largo plazo. Igualmente, para futuras investigaciones es de interés estudiar nuevas condiciones como es la compatibilidad del método propuesto con distribuciones diferentes a la configuración tradicional de estanterías paralelas.

Abstract Context: The design of the warehouse is a key factor in the configuration of logistics systems, as it can facilitate the timely management of materials, intermediate and/or final products, improving the time, cost and levels of customer service. To achieve this, experts help is required to integrate within the design an appropriate combination of storage, manipulation of materials and selection of orders. This level of integration, however, has not yet been achieved since the advances in the subject have been addressed from different aspects of the storage problem, but independently. Method: The article presents a method for warehouse layout design in two phases. The first phase defines the variables and parameters that are obtained from the planning of the production; the second phase consists of five stages that culminate in the integral design of the warehouse. In this last phase a modified version of an existing mathematical model of sizing is applied, where a new equation is added. Results: The method is applied to a company that supplies liquid polyurethane in the construction sector. The design generates four options for configuration of shipping and receiving docks and five storage options, where the best option generates an average area, mean real capacity and percentage average of storage utilization of 374,8 m2, 360 pallet and 93,8 % respectively. These results are coherent with the dynamics of the company. Conclusions: The method allows evaluating options of the flow configuration and their respective sizing than may influence decisions of great importance in the operational capacity of the company in the short, medium and long term. In the future research is interesting to include new conditions, for example the compatibility of the method with different distributions to the traditional configuration of parallel shelves.

3D Printing as a Didactic Tool for Teaching some Engineering and Design Concepts

Resumen Contexto: La impresión 3D se puede utilizar para una amplia gama de tareas, como el diseño y prueba de prototipos y productos terminados, en un tiempo más corto. En ingeniería mecánica, los diseños de prototipos se generan continuamente en actividades de clase académica y proyectos de cursos finales por parte de estudiantes y docentes. Sin embargo, los estudiantes muestran limitaciones en la comprensión de los conceptos abstractos representados por dichos diseños. Método: En primer lugar, se fabricó una impresora 3D a gran escala con especificaciones técnicas mejoradas en comparación n con las opciones de mercado tradicionales y precios similares. Mediante herramientas de hardware y software gratuitas y materiales de fabricación alternativos fáciles de obtener, fue posible disminuir sus costos de fabricación n y operación n. Se preparó un conjunto de casos de estudio que utilizan la impresora 3D en tres clases de asignaturas diferentes los cuales fueron evaluados en dos cohortes de estudiantes de un programa académico de Ingeniería Mecánica. Resultados: Se mostró la factibilidad de fabricar una impresora 3D practica y rentable para la construcción de prototipos y piezas que beneficien el aprendizaje y la enseñanza en áreas de ingeniería y diseño. Los experimentos llevados a cabo en tres asignaturas de cursos de ingeniería con estudiantes de segundo año, mostraron una tendencia similar de mejorar las calificaciones promedio del curso, observada durante dos cohortes en diferentes semestres. Conclusiones: Este tipo de impresora 3D de bajo costo representa un beneficio académico como herramienta didáctica para el proceso de aprendizaje en temas de ingeniería y diseño. El trabajo futuro considerara la aplicación de esta herramienta a otros cursos y asignaturas para evaluar aún más su conveniencia y efectividad.

Abstract Context: 3D printing can be used for a wide range of tasks such as the design and testing of prototypes and finished products in a shorter time. In mechanical engineering, prototype designs are continuously generated in academic class activities and final coursework projects by students and teachers. However, students show limitations while understanding the abstract concepts represented with such designs. Method: Firstly, a large scale 3D printer with improved technical specifications compared to traditional market options and similar price, was fabricated. By means of free software and hardware tools and easy-to-obtain alternative manufacturing materials, it was possible to decrease its manufacturing and operating costs. Then a set of study cases utilising the 3D printer in three different subject classes were designed and tested with two cohorts of students of Mechanical Engineering programme. Results: It was feasible to fabricate a cost-effective and practical 3D printer for constructing prototypes and pieces that benefit teaching and learning concepts in engineering and design areas. The experiments carried out in three subjects of engineering courses with second-year students, showed a similar trend of improving the average course grades, as it was observed in two cohorts in different terms. Conclusions: This type of low cost 3D printer obtained academic advantages as a didactic tool for the learning process in engineering and design subjects. Future work will consider applying this tool to other courses and subjects to further evaluate its convenience and effectivity.

A Conceptual Exploration of Pattern Formation in Social Self-Organized Systems

Resumen Contexto: El concepto de auto organización juega un papel fundamental en las ciencias de la complejidad; sin embargo, dado el carácter diverso y decididamente práctico de dichas ciencias, el aparato teórico-metodológico que se ha desarrollado para la comprensión de la autoorgánización no articula adecuadamente todos los elementos necesarios para el estudio de fenómenos sociales complejos. Método: Este artículo ejemplifica algunas de las limitaciones del marco de la complejidad para el estudio de la autoorganización, centrándose en la formación de patrones, una característica transversal a las definiciones de autoorganización en diferentes áreas de conocimiento. La discusión se desarrolla a partir de tres preguntas básicas: ¿dónde están los patrones?, ¿que son los patrones? y ¿cómo se estudian estos patrones? Resultados: Para cada una de las preguntas anteriores, se muestra que existe un alto nivel de especificidad en los fenómenos sociales auto organizados, que no es adecuadamente abarcado por el marco actual de las ciencias de la complejidad. Tal especificidad se encuentra relacionada, por un lado, con aspectos que no se han discutido dentro de las ciencias de la complejidad porque son exclusivos de las ciencias sociales y, por el otro, con aspectos que no han sido analizados robustamente, dada la novedad histórica de los estudios en complejidad social. Conclusiones: Es necesario entablar una colaboración interdisciplinar que involucre investigadores dentro de las ciencias sociales, las ciencias de la complejidad y la ingeniería, con el fin de superar las limitaciones tradicionales para la comprensión de los fenómenos sociales complejos autoorganizádos.

Abstract Context: The concept of self-organization plays a major role in contemporary complexity science. Yet, the current framework for the study of self-organization is only able to capture some of the nuances of complex social self-organizing phenomena. Method: This article addresses some of the problematic elements in the study of social self-organization. For this purpose, it focuses on pattern formation, a feature of self-organizing phenomena that is common across definitions. The analysis is carried out through three main questions: where can we find these patterns, what are these patterns and how can we study these patterns. Results: The discussion shows that there is a high level of specificity in social self-organized phenomena that is not adequately addressed by the current complexity framework. It argues that some elements are neglected by this framework because they are relatively exclusive to social science; others, due to the relative novelty of the studies on social complexity Conclusions: It is suggested that interdisciplinary collaboration between social scientists, complexity scientists and engineers is needed, in order to overcome traditional disciplinary limitations in the study of social self-organized phenomena.