Modelagem da disponibilidade mecânica em máquinas de colheita da madeira

dc.contributor.advisor1Fiedler, Nilton Cesar
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000243763660
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8699171075880935
dc.contributor.authorLacerda, Leonardo Cassani
dc.contributor.referee1Lopes, Eduardo da Silva
dc.contributor.referee2Carmo, Flavio Cipriano de Assis do
dc.contributor.referee3Robert, Renato Cesar Gonçalves
dc.contributor.referee4Gonçalves, Saulo Boldrini
dc.date.accessioned2024-05-30T00:54:37Z
dc.date.available2024-05-30T00:54:37Z
dc.date.issued2022-09-28
dc.description.abstractThe forest sector represents a relevant part of the Brazilian economy, which is dominated for the most part by the production of plantations of the Eucalyptus sp. In general, the mechanization of activities, especially forest harvesting, is considered one of the most important in the process, adding values that sometimes exceed 50% of the total costs of the activities. Thus, the present research aimed to predict the mechanical availability of machines that constitute the harvesting systems of full-tree and Cut-to-lenght, through artificial neural networks and linear regression. The research was developed through a database from a forestry company, concentrating data such as the activities of the machines of the full-tree system in the north of the state of Espírito Santo, and the Cut-to-Length system in the south of the state of Bahia. With variables harvested per hour worked, hours for mechanics, average individual volume, trees harvested per hour, cubic meters per hour and hydraulic oil per hour, presented the mechanical prediction by means of individual mean volume artificial neural networks, having a variable in isolation with as individual artificial neural networks. Having mechanical availability as the output variable, the data were randomly divided to be used in the ANN prediction, with samples of 70% and 80% for training and 30% and 20% for validation, respectively. They were trained by three algorithms (resillient propagation, backpropagation and quick propagation) using configurations ranging from 5 to 11 neurons in the hidden layer, logistic and sigmoidal functions with 50 networks per configuration, totaling 8,400 trained networks. The linear regression analysis used only the variables that showed a significant linear correlation with productivity, according to Pearson's correlation coefficient matrix, using the “t” test at 5% and 1% significance. Both modeling techniques were evaluated through statistics and graphical analysis of residuals. The selected artificial neural networks presented R² above 0.95, indicating strong correlation and high accuracy in relation to the observed values. Among the training algorithms, the resilient propagation proved to be more effective in predicting the mechanical availability for both harvesting systems. In a another way, the logistic activation function predominated for the full-tree and the sigmoidal function for the cut-to-length. The average individual volume input variable, tested separately using the best configuration found in each system, showed to influence the prediction of mechanical availability. Finally, it was concluded that the prediction methodologies for Mechanical disponible were effective, with the full-tree system surpassing the Cut-to-length and for both ANNs superior to linear regression modeling.
dc.description.resumoO setor florestal representa uma fatia relevante da economia brasileira, sendo este dominado em sua maior parte pela produção de plantios do gênero Eucalyptus. De um modo geral, a mecanização das atividades sobretudo da colheita florestal, é considerada uma das mais importantes do processo, agregando valores que por vezes ultrapassam 50% dos custos totais das atividades. Desta forma, com a presente pesquisa objetivou-se realizar a predição da disponibilidade mecânica (DM), de máquinas que constituem os sistemas de colheita de árvores inteiras (full tree) e toras curtas (CTL), por meio de redes neurais artificiais (RNA) e regressão linear. A pesquisa foi desenvolvida por meio de um banco de dados provenientes de uma empresa florestal, concentrando-se as atividades das máquinas do sistema full-tree no norte do estado do Espírito Santo, e as do sistema CTL no sul do estado da Bahia. Com as variáveis hora trabalhada (HT), horas paradas mecânicas (HPM), volume médio individual (VMI), árvores colhidas por hora (árv/h), metros cúbicos por hora (m³/h) e óleo hidráulico por hora (Hdr), foram realizadas a predição da disponibilidade mecânica por meio de RNA e regressão linear, tendo a variável volume médio individual (VMI), testada isoladamente com as RNA. Tendo como variável de saída a disponibilidade mecânica, os dados foram divididos aleatoriamente para serem utilizados na predição das RNA, com amostragens de 70% e 80% para treinamento e 30% e 20% para validação, respectivamente. Foram treinadas por três algoritmos (resillient propagation, backpropagation e quick propagation) utilizando-se de configurações variando de 5 a 11 neurônios na camada oculta, funções logística e sigmoidal com 50 redes por configuração, totalizando 8.400 redes treinadas. A análise de regressão linear utilizou apenas as variáveis que apresentaram correlação linear significativa com a produtividade, segundo matriz de coeficiente de correlação de Pearson, pelo teste t a 5% e 1% de probabilidade. Ambas as técnicas de modelagem foram avaliadas por meio de estatísticas e análise gráfica dos resíduos. As redes neurais artificiais selecionadas, apresentaram R² acima de 0,95, indicando forte correlação e alta exatidão em relação aos valores observados. Dentre os algoritmos de treinamento, o resiliente propagation, mostrou-se mais eficaz na predição da disponibilidade mecânica para ambos os sistemas de colheita. Já a função de ativação logística, predominou para o full-tree e a função sigmoidal para cut-to-length. A variável de entrada VMI, testada separadamente utilizando-se da melhor configuração encontrada em cada sistema, demonstrou influenciar na predição da disponibilidade mecânica. Por fim concluiu-se que as metodologias de predição para a DM, foram eficazes, tendo o sistema full-tree superado o CTL e para ambos as RNA superiores a modelagem por regressão linear.
dc.description.sponsorshipSuzano Papel E Celulose S.A.
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/16365
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Ciências Florestais
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Agrárias e Engenharias
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciências Florestais
dc.rightsopen access
dc.subjectRedes neurais artificiais
dc.subjectCut-to-length
dc.subjectMecanização florestal
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqRecursos Florestais e Engenharia Florestal
dc.titleModelagem da disponibilidade mecânica em máquinas de colheita da madeira
dc.typedoctoralThesis

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