Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The valuation of exit option in a lignite mine using Monte Carlo simulation

Pawlak Marcin, Wiśniewski Tomasz

Journal of Sustainable Mining

|

2024

|

Vol. 23, iss. 1

40--54

EN

This study aims to demonstrate the application of simulation techniques to the valuation of real options. The nature of the paper is methodological and empirical. The purpose of the valuation of the option to close a lignite mine in Poland is to demonstrate the methodology and advantages of employing Monte Carlo simulation in the valuation of real options. Close to actual numerical data reveals a complex optimization problem in the context of strategy selection by decisionmakers. Numerous factors (extraction costs, reclamation costs, the write-off for the reclamation fund, etc.), their interpenetration and multilevel influence on the decision to close the mine early enables simulation methods to demonstrate their valuation capabilities. The valuation techniques used in the paper, particularly the simulation comparative valuation method, are described in detail and are rooted in the literature and theory of finance.

2

A stochastic model to quantify and optimize the impact of operational risks on corporate sustainability using monte carlo simulation

Bravo-Sepúlveda Mariana, Wilke Daniel Nico, Isaza Cuervo Felipe, Polanco Jorge-Andrés

Polish Journal of Management Studies

|

2023

|

Vol. 28, No. 2

59--75

EN

Operational risk has been widely studied, and international guidelines provide procedures for the correct management of operational risk; however, this has not been studied from a corporate sustainability point of view. Therefore, this work seeks to find a way to model and optimize the impact of operational risks on corporate sustainability. The methodology used is based on the assignment of two distribution functions for the creation of a probabilistic model that allows quantifying the probability of occurrence (frequency) and the expected monetary impact (severity) on the sustainability variables (environmental, social, and economic). The result is a statistical convolution through Monte Carlo simulation, which makes it possible to quantify aggregate losses to finally make an optimization process of the variables and estimate the financial impact. Therefore, this study extends the literature on risk quantification, proposing a stochastic model that quantifies and optimizes the operational risks that are related to corporate sustainability. The proposed model offers a practical way to quantify operational risks related to corporate sustainability while also being flexible, as it does not require historical information and can be used with data collected from the company based on the proposed probability distributions. Finally, the proposed model has three limitations: the distribution functions, use of Solver (Excel), and exclusion of some risk management strategies, which future research can consider.

PL

Ryzyko operacyjne zostało szeroko zbadane, a międzynarodowe wytyczne dostarczają procedur do prawidłowego zarządzania ryzykiem operacyjnym; jednakże nie badano tego z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju przedsiębiorstwa. Dlatego też niniejsza praca ma na celu znalezienie sposobu modelowania i optymalizacji wpływu ryzyka operacyjnego na zrównoważony rozwój przedsiębiorstwa. Zastosowana metodologia opiera się na przypisaniu dwóch funkcji rozkładu w celu stworzenia modelu probabilistycznego, który pozwala kwantyfikować prawdopodobieństwo wystąpienia (częstotliwość) i oczekiwany monetarny wpływ (ciężkość) na zmienne zrównoważone (środowiskowe, społeczne i ekonomiczne). Rezultatem jest statystyczna konwolucja poprzez symulację Monte Carlo, który umożliwia ilościowe określenie zagregowanych strat, aby ostatecznie przeprowadzić proces optymalizacji zmiennych i oszacować wpływ finansowy. Dlatego też niniejsze badanie poszerza literaturę w obszarze kwantyfikacji ryzyka, proponując model stochastyczny, który kwantyfikuje i optymalizuje ryzyko operacyjne związane ze zrównoważonym rozwojem przedsiębiorstwa. Proponowany model oferuje praktyczny sposób ilościowego określenia ryzyk operacyjnych związanych ze zrównoważonym rozwojem przedsiębiorstwa, a jednocześnie jest elastyczny, ponieważ nie wymaga informacji historycznych i może być stosowany w połączeniu z danymi zebranymi z przedsiębiorstwa w oparciu o proponowane rozkłady prawdopodobieństwa. Wreszcie proponowany model ma trzy ograniczenia: funkcje rozkładu, użycie Solvera (Excel) i wykluczenie niektórych strategii zarządzania ryzykiem, które mogą zostać uwzględnione w przyszłych badaniach.

3

A contribution to structural reliability analysis of composite high-pressure hydrogen storage tanks

Sid Amer Youcef, Benammar Samir, Fah Tee Kong, Wadi Mohammed, Jouda Mohammed S.

Journal of KONBiN

|

2023

|

Vol. 53, iss. 2

33--44

EN

Although composite high-pressure tanks are a subject of growing interest, especially for hydrogen storage applications, a detailed structural reliability analysis still needs to be improved. This work aims to provide a probabilistic investigation of the mechanical response of composite high-pressure hydrogen storage tanks using the Monte Carlo Simulation method. A performance function based on the circumferential model of composite pressure cylinders is employed with five random design variables. According to the results, the internal pressure and the helical layer thickness are the foremost parameters significantly impacting the structural reliability of the tank, whereas, the helical layer thickness and winding angles have a minor influence. In addition, high coefficients of variation values cause the contraction of the safety margin potentially leading to the failure of the composite hydrogen high-pressure tank. The obtained results were validated with experimental tests available in the literature.

PL

Chociaż kompozytowe zbiorniki wysokociśnieniowe są przedmiotem rosnącego zainteresowania, zwłaszcza w zastosowaniach związanych z magazynowaniem wodoru, szczegółowa analiza niezawodności konstrukcji wciąż wymaga poprawy. Niniejsza praca ma na celu zapewnienie probabilistycznego badania odpowiedzi mechanicznej kompozytowych wysokociśnieniowych zbiorników do przechowywania wodoru przy użyciu metody symulacji Monte Carlo. Zastosowano funkcję wydajności opartą na modelu obwodowym kompozytowych cylindrów ciśnieniowych z pięcioma losowymi zmiennymi projektowymi. Zgodnie z wynikami, ciśnienie wewnętrzne i grubość warstwy obwodowej są głównymi parametrami istotnie wpływającymi na niezawodność konstrukcyjną zbiornika, podczas gdy grubość warstwy spiralnej i kąty uzwojenia mają niewielki wpływ. Ponadto duże wartości współczynników zmienności powodują kurczenie się marginesu bezpieczeństwa potencjalnie prowadząc do awarii kompozytowego zbiornika wysokociśnieniowego na wodór. Uzyskane wyniki zostały zweryfikowane z badaniami eksperymentalnymi dostępnymi w literaturze.

4

Impact of human energy expenditure on order picking productivity: a Monte Carlo simulation study in a zone picking system

Al Theeb Nader A., Al-Araidah Omar, Al-Ali Malik M., Khudair Adnan I.

Engineering Management in Production and Services

|

2023

|

Vol. 15, no. 4

12--24

EN

This article aims to investigate the impact of allowable human energy expenditure (HEE) of order pickers on the throughput of workers in manual order zone picking systems MOP. The method used in this research is the Monte Carlo simulation, used while considering many human and job factors. The results showed that a worker’s gender and an item’s weight have little effect on the HEE. On the other hand, body weight, walking speed, distance travelled, and the targeted zone significantly impacted the HEE, rest allowance, and throughput. For example, male pickers at a weight of 75 kg can move up to speed to 1 m/s and pick up items weighing up to 5 kg without reaching the allowable HEE rate, equal to 4.3 kcal/min, and, thus, no rest is needed. Female pickers at a weight of 75 kg reach the allowable HEE rate, equal to 2.6 kcal/min, at a very low speed of approximately 0.1 m/s when picking up items up to 5 kg, and, thus, frequent rest is needed, which leads to low throughput. To increase the throughput of female pickers, they can be assigned to pick up lighter items. Utilising Monte Carlo simulation to evaluate the HEE in MOP while considering many factors.

5

Influence of Component Proportions in Casting Process on Hardness and the Quality of Cast Iron

Saikaew Charnnarong, Harnsopa S.

Archives of Foundry Engineering

|

2023

|

Vol. 23, iss. 2

35--42

EN

The purposes of this study were to investigate the impact of proportions of cast iron scrap, steel scrap, carbon and ferro silicon on hardness and the quality of cast iron and to obtain an appropriate proportion of the four components in iron casting process using a mixture experimental design, analysis of variance and response surface methodology coupled with desirability function. Monte Carlo simulation was used to demonstrate the impacts of different proportions of the four components by varying the proportions of components within ±5% of the four components. Microstructures of the cast iron sample obtained from a company and the cast iron samples casted with the appropriate proportions of the four components were examined to see the differences of size and spacing of pearlite particle. The results showed that linear mixture components were statistically significant implying a high proportion of total variability for hardness of the cast iron samples explained by the casting mixtures of raw materials. The graphite of the sample casted from the appropriate proportion has shorter length and more uniform distribution than that from the company. When varying percentages of the four components within ±5% of the appropriate proportion, simulated hardness values were in the range of 237 to 256 HB.

6

Research on piezoresistive effect and random model of carbon fiber bundle

Gong Yifei, Xie Zhiyu, Liu Jiarong, Chen Guanhao, Zhang Dawei

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 2

art. no. e128, 2023

EN

Carbon fibers and corresponding composites are being widely used in strengthening and repairing existing reinforced concrete structures. The piezoresistive effect of carbon fibers can be applied to self-monitor its stress and damage. However, rare piezoresistive models can be found in the literature considering the mesoscopic mechanism and material randomness of carbon fiber bundles to quantify the piezoresistive effect. The piezoresistive effect of carbon fiber bundles is mainly affected by the elastic deformation, breakage, and contact of filaments. In this paper, according to the analysis of these factors, a dynamic random equivalent parallel circuit model was established to quantify the piezoresistive effect of carbon fiber bundles during tension. With tensile results of 54 carbon fiber bundles, the uncertainties of filaments, such as the initial breakage, tensile breakage and contact change, were analyzed and their probability distributions were determined. The strength of filaments is subject to the Weibull distribution. Kolmogorov-Smirnov (K-S) test results show that the initial breakage ratio obeys a truncated lognormal distribution and the relative contact ratio change obeys a truncated normal distribution. Then Monte Carlo simulations were used to calculate the electrical resistance of carbon fiber bundles during tension. Comparing the simulated resistance with that of 15 verifying specimens, this piezoresistive model and calculation method is reliable and valid.

7

Reliability assessment of water treatment plant with application of the Monte Carlo simulation

Mirosław-Świątek Dorota, Morawski Dariusz, Pieniak Łukasz, Świątek Bartłomiej, Czapski Przemysław, Siwiec Tadeusz

Zeszyty Naukowe SGSP / Szkoła Główna Służby Pożarniczej

|

2022

|

Nr 83

61--81

EN

The paper presents a comprehensive Reliability, Availability and Maintainability (RAM) assessment of the Water Supply Plant WULS-SGGW (WSP). The Monte Carlo method was used to simulate failure events of components in the technological process of the water treatment system. BlockSim application was used to perform an analysis. The reliability block diagram was used as a system modeling method. Reliability metrics were estimated based on 1000 simulations of 15 years of operation of the station. Simulations allowed the estimation of reliability metrics for the WSP, its subsystems, sections as well as basic elements included in the model. They also made it possible to determine which components are most critical to reliability.

PL

W artykule przedstawiono kompleksową ocenę niezawodności, dostępności i utrzymywalności (RAM) Zakładu Wodociągowego WULS-SGGW (WSP). Do symulacji zdarzeń awaryjnych obiektów w procesie technologicznym systemu uzdatniania wody wykorzystano metodę Monte Carlo. Do przeprowadzenia analizy wykorzystano aplikację BlockSim. Jako metodę modelowania systemu zastosowano niezawodnościowy schemat blokowy. Metryki niezawodnościowe oszacowano na podstawie 1000 symulacji 15-letniej eksploatacji stacji. Symulacje pozwoliły na oszacowanie metryk niezawodnościowych dla WSP, jej podsystemów, sekcji, a także podstawowych elementów wchodzących w skład modelu. Pozwoliły również na określenie, które elementy są najbardziej krytyczne dla niezawodności.

8

Analiza niepewności wskaźnika emisji metanu z wydobycia węgla kamiennego w Polsce

Zasina Damian, Zawadzki Jarosław

Rynek Energii

|

2022

|

Nr 3

77--81

PL

W artykule przedstawiono analizę niepewności zrealizowaną dla wskaźnika emisji metanu z górnictwa węgla kamiennego w Polsce. Posłużono się wytycznymi międzynarodowej metodyki inwentaryzacji emisji gazów cieplarnianych oraz dostępnymi danymi pochodzącymi z pomiarów CH4 zrealizowanych w kopalniach w Polsce zarządzanych przez jedną z krajowych spółek wydobywczych. Zauważono, że wartość wskaźnika emisji CH4 oszacowane z wykorzystaniem fragmentarycznych danych może znacznie różnić się od średniej wartości wykorzystanej na potrzeby prowadzenia krajowej inwentaryzacji emisji gazów cieplarnianych, niemniej jednak oszacowanie przedziału ufności dla wskaźnika emisji oraz jego podstawowych właściwości statystycznych może znaleźć zastosowanie w oszacowaniu wielkości emisji krajowej CH4 do powietrza.

EN

The paper presents the uncertainty analysis performed for the methane (CH4) emission factor from coal mining in Poland. The analysis is carried out in line with the international guidelines on the air emission inventory. Results are obtained using the measurement data acquired from selected Polish coal mines managed by the one of coal mining companies. It is noted that the CH4 emission factor may be significantly different from the mean value applied for purposes of fulfilling of international obligations. Nevertheless, the estimation of the confidence interval along with the basic statistical properties of the emission factor can be applied for purposes of the national CH4 emission inventory elaborated under the Climate Convention.

9

Prediction of mineral product price based on mean reversion model

Huang Shuwei, Ma Zhaoyang, Jin Feng, Zhang Yuansheng

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2022

|

T. 38, z. 2

61--75

EN

The mean-reversion model is introduced into the study of mineral product price prediction. The gold price data from January 2018 to December 2021 are selected, and a mean-reverting stochastic process simulation of the gold price was carried out using Monte Carlo simulation (MCS) method. By comparing the statistical results and trend curves of the mean-reversion (MR) model, geometric Brownian motion (GBM) model, time series model and actual price, it is proved that the mean-reversion process is valid in describing the price fluctuation of mineral product. At the same time, by comparing with the traditional prediction methods, the mean-reversion model can quantitatively assess the uncertainty of the predicted price through a set of equal probability stochastic simulation results, so as to provide data support and decision-making basis for the risk analysis of future economy.

PL

W badaniach predykcji cen produktów mineralnych wprowadzono model średniej rewersji. Wybrano dane dotyczące cen złota od stycznia 2018 do grudnia 2021 r., a symulację ceny złota w procesie odwracania średniej przeprowadzono metodą symulacji Monte Carlo (MCS). Porównując wyniki statystyczne i krzywe trendu modelu średniej rewersji (MR), modelu geometrycznego ruchu Browna (GBM), modelu szeregów czasowych i rzeczywistej ceny, udowodniono, że proces średniej rewersji jest prawidłowy w opisie fluktuacji cen na produkt mineralny. Jednocześnie, porównując z tradycyjnymi metodami predykcji, model średniej rewersji może ilościowo oszacować niepewność przewidywanej ceny za pomocą zestawu wyników symulacji stochastycznej równego prawdopodobieństwa, w celu zapewnienia wsparcia danych i podstawy decyzyjnej do analizy ryzyka przyszłej gospodarki.

10

Wpływ różnej zawartości cementu i wskaźnika wodno-cementowego na głębokość karbonatyzacji i prawdopodobieństwo karbonatyzacji w betonie

Hassan Mostafa, Amleh Lamya, Othman Hesham

Cement Wapno Beton

|

2022

|

R. 27, nr 2

126--143

PL

Infrastruktura jest narażona na oddziaływanie dwutlenku węgla a co za tym idzie karbonatyzację betonu, która w przypadku mostów z żelbetu może powodować korozję stalowego zbrojenia. Dwutlenek węgla ma duży wpływ na głębokość karbonatyzacji betonu. Zawartość cementu i wskaźnik wodno-cementowy mają duży wpływ na głębokość karbonatyzacji betonu. Niniejsze badanie ma na celu zbadanie wpływu zmian klimatycznych na głębokość karbonatyzacji przez rozważenie różnych scenariuszy RCP [ang. Representative Concentration Pathway - reprezentatywnych ścieżek stężenia CO2]. Ponadto zbadano wpływ wytrzymałości betonu na ściskanie na głębokość karbonatyzacji. Dodatkowo zbadano wpływ różnych zawartości cementu na prawdopodobieństwo korozji, wywołanej karbonatyzacją. Rozważane są dwa parametry, a mianowicie zawartość cementu [400 kg/m3, 350 kg/m3 i 250 kg/m3] oraz stosunek wody do cementu [0,45 i 0,55]. W badaniu tym uwzględniono różne stężenia CO2 przy użyciu scenariuszy RCP. Scenariusze RCP [2.6, 4.5, 6 i 8.5] zostały wykorzystane przez Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu [IPCC], do przedstawienia odpowiednio ścieżki niskiej, średniej i wysokiej emisji. Głębokość karbonatyzacji oszacowano za pomocą równań Yoona i Stewarta. Ponadto zbadano prawdopodobieństwo korozji wywołanej karbonatyzacją za pomocą symulacji Monte Carlo i metody niezawodności pierwszego rzędu, przy różnych zawartościach cementu [FORM] dla RCP 8.5. Określono procentowy wzrost głębokości karbonatyzacji przy użyciu Yoona w porównaniu z równaniami Stewarta, dla mieszanek betonowych o różnych proporcjach wody do cementu i zawartości cementu w latach 2025 i 2100, zarówno dla RCP 2.6, jak i RCP 8.5. Ostatecznie prawdopodobieństwo diokorozji wywołanej karbonatyzacją przeprowadzonej przez FORM dla zawartości cementu 250 kg/m3, wzrosło o 118% w porównaniu z prawdopodobieństwem karbonatyzacji z zawartością cementu wynoszącą 400 kg/m3, dla roku 2100.

EN

Nowadays transportation infrastructure is subjected to a high percentage of carbon dioxide emissions. CO2 greatly affects the carbonation depth of concrete, which can affect the deck for reinforced concrete bridges causing corrosion to steel reinforcement. Cement content and water to cement ratio greatly influence the carbonation depth of concrete. This study aims to investigate the effect of climate change on carbonation depth by considering different Representative Concentration Pathways [RCPs]. In addition, the effect of different compressive strengths on the carbonation depth was investigated in this research. Additionally, the effect of different cement contents on the probability of carbonation-induced corrosion has been investigated. Two parameters are considered, namely, the cement content [400 kg/m3, 350 kg/m3, and 250 kg/m3] and, the water to cement ratio [0.45 and 0.55]. This study RCPs for CO2 concentrations. The RCP [2.6, 4.5, 6, and 8.5] trajectory was used by the Intergovernmental Panel on Climate Change [IPCC], which represents low emission pathways, intermediate emission pathways, and high emission pathways, respectively. Carbonation depth has been estimated using Yoon’s and Stewart’s equations. Furthermore, the probability of carbonation-induced corrosion has been investigated using Monte Carlo simulation and the first-order reliability method at different cement contents for RCP 8.5. The percentage increase in the carbonation depth using Yoon’s compared to Stewart’s equations for concrete mixes which consist of different water to cement ratios and cement content for the years 2025 and 2100 for both RCP 2.6 and RCP 8.5 were calculated. Finally, the probability of carbonation-induced corrosion conducted by FORM for cement content of 250 kg/m3 has been increased by 118% compared to the probability of carbonation including cement content equal to 400 kg/m3 for the year 2100.

11

Robust simulation method of complex technical transport systems

Szpytko Janusz, Salgado Duarte Yorlandys

Transport Problems

|

2021

|

T. 16, z. 2

101--112

EN

In the optimization of technical systems focused on a specific functional purpose (reliability, safety, and availability) with the use of simulation methods, an important parameter is the digital simulation time of the research subject. With the complexity of the issue, the digital simulation time increases. The aim of the article is to present a method (combination of parallel computing and variance reduction techniques) of reducing the computer simulation time of the research technical object. An example of the application of the developed method was presented as a result of an experiment conducted for decision making and control processes aimed at optimizing the process of operating overhead cranes in critical conditions. In this paper, selecting parallel batch jobs computation and stratified sampling, we exponentially decreased the simulation time, finding fast and practical solutions and eliminating the time constraint in the search of solutions.

12

Passenger’s routes planning in stochastic common-lines’ multi-modal transportation network through integrating Genetic Algorithm and Monte Carlo simulation

Peng Yong, Mo Zhiyao, Liu Song

Archives of Transport

|

2021

|

Vol. 59, iss. 3

73--92

EN

In the urban transportation network, most passengers choose public transportation to travel. However, bad weather, accidents, traffic jams and other factors lead to uncertainty in transportation network. Besides, transport vehicles running on the same segments of routes and belonging to different modes or routes make the transportation network more complicated. In order to improve the efficiency of passenger’s travel, this paper aim to introducing an approach for optimizing passenger travel routes. This approach takes the travel cost and the number of transfers as constraints to finding the shortest total travel duration of passenger in urban transportation network. The running duration and dwell duration of the vehicles in the network are uncertain, and the vehicles are running according to the timetables. As transportation modes, bus, rail transit and walk are considered. In terms of methodological contribution, this paper combines Genetic Algorithm (GA) and Monte Carlo simulation to deal with optimization problem under stochastic conditions. This paper uses Monte Carlo simulation to simulate the running duration and dwell time of vehicles in different scenarios to deal with the uncertainty of the network. The shortest path of passenger’s travel is solved by GA. Two kinds of population management strategies including single population management strategy and multiple population management strategy are designed to guide the solution population evolving process. The two kinds of population management strategies of GA are tested in numerical example. The satisfactory convergence performance and efficiency of the model and algorithm is verified by the numerical example. The numerical example also demonstrated that the multiple population management strategy of GA can get better results in a shorter CPU time. At the same time, the influences of some significant variables on solution are performed. This paper is able to provide a scientific quantitative support to the path scheme selection under the influence of common-lines and timetables of different modes of transportation in stochastic urban multimodal transportation network.

13

Multi-stage analysis of reliability of an example masonry construction

Zięba Joanna, Buda-Ożóg Lidia, Skrzypczak Izabela

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 2

275--292

EN

The safety of the masonry structure is determined by the value of the partial factor used, which is influenced by many factors. The variability of these factors determines obtaining significant differences in the load levels of various masonry structures. Hence, the analysis of masonry structures should be carried out taking into account a sufficient range of variability of factors affecting its safety. The article presents a multi-stage safety analysis of an exemplary brick masonry column. For the construction, the relationship between partial factors used for interactions in different configurations and factors for the masonry compressive strength was examined. The analyses consisted in determining the reliability index with the Monte Carlo method. The article presents the results of experimental tests carried out on a real construction, as well as the results of FEM numerical simulations.

PL

Bezpieczeństwo konstrukcji murowej determinowane jest wartością zastosowanego współczynnika częściowego, na którą wpływ ma wiele czynników, między innymi: kategoria elementu murowego będąca wyznacznikiem jakości wykonania; rodzaj zaprawy, klasa wykonania robót. Zmienność tych czynników determinuje uzyskanie znacznych różnic w poziomach nośności różnych konstrukcji murowych. Stąd analiza konstrukcji murowych powinna odbywać się przy uwzględnieniu dostatecznego zakresu zmienność czynników wpływających na jej bezpieczeństwo. W artykule przedstawiono wieloetapową analizę bezpieczeństwa przykładowego filara murowanego z cegły pełnej. Dla elementu zbadano zależność pomiędzy współczynnikami częściowymi stosowanych do oddziaływań w różnej konfiguracji oraz współczynnikami do wytrzymałości muru na ściskanie. Analizy polegały na wyznaczeniu wskaźnika niezawodności metodą Monte Carlo, wskaźnika będącego miarą osiągniętego bezpieczeństwa. W artykule przedstawiono wyniki badań doświadczalnych przeprowadzonych na rzeczywistym elemencie dla wybranych warunków, a także wyniki przeprowadzonych symulacji numerycznych MES. Analizy wykazały poziom bezpieczeństwa jaki zapewniamy projektując konstrukcję w podstawowej klasie niezawodności RC2.

14

Influence of random character of reinforcement cover in bending elements

Sieńkowska Katarzyna, Buda-Ożóg Lidia

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 4

123--137

EN

The paper presents the assessment of reliability depending on the reinforcement cover thickness for elements subject to bending. Based on the experimental tests of 12 reinforced concrete beams subjected to four-point bending the numerical model was validated. In the next steps this numerical model was used for the Monte Carlo simulation. During the analyses the failure probability and the reliability index were determined by two methods - using probabilistic method - FORM and fully probabilistic method Monte Carlo with the use of variance reduction techniques by Latin hypercube sampling (LHS). The random character of input data - compressive strength of concrete, yield strength of steel and effective depth of reinforcement were assumed in the analysis. Non-parametric Spearman rank correlation method was used to estimate the statistical relationship between random variables. Analyses have shown a significant influence of the random character of effective depth on reliability index and the failure probability of bending elements.

PL

Analizują̨c statystyki awarii konstrukcji budowlanych można zauważyć, że przyczyną zawodności obecnie projektowanych konstrukcji w 90-95% jest czynnik ludzki. Blisko 50% wymienionych awarii związanych jest z błędami na etapie wykonawstwa. Jednym z takich błędów jest brak należytej staranności podczas wykonywania zbrojenia elementów, skutkujący zmianą wysokości użytecznej przekroju. Pojawia się wówczas wątpliwość, czy wykonana konstrukcja jest bezpieczna. Odpowiedź na to pytanie można uzyskać stosując ilościowe metody oszacowania prawdopodobieństwa zniszczenia tj. metody probabilistyczne uproszczone lub w pełni probabilistyczne. Przedmiot analiz stanowiła belka żelbetowa o schemacie belki wolnopodpartej z przewieszeniami o długości 0,1 m i całkowitej długości 3 m. Wymiary i zbrojenie belek pokazano na rys. 1. Belka została obciążna dwoma symetrycznymi obciążeniami punktowymi na odległość 1 m (zginanie czteropunktowe). Model numeryczny, który posłużył do przeprowadzenia analiz niezawodności, został zwalidowany na podstawie badań doświadczalnych dwunastu elementów wykonanych w skali naturalnej. Celem analizy było oszacowanie wskazników niezawodności β i prawdopodobieństwa awarii Pf w zależności od współczynnika zmienności grubości otuliny, a w rezultacie wysokość użytecznej przekroju zginanego. Wykorzystano do tego dwie metody - metodę probabilistyczną - FORM oraz metodę w pełni probabilistyczną Monte Carlo z wykorzystaniem technik redukcji rozmiaru populacji metodą próbkowania hipersześcianu łacińskiego. Analizę przeprowadzono w programach SARA oraz FREET dla trzech przypadków: pierwszy uwzględniający tylko losowy charakter zmiennych materiałowych, drugi tylko losowy charakter zmiennej d oraz trzeci uwzględniający losowość materiału oraz wysokości użytecznej przekroju - d. Jak wykazały przeprowadzone analizy podejście półprobabilistyczne, bez uwzględnienia przy kształtowaniu konstrukcji wpływu zmienności poszczególnych parametrów zmiennych losowych, nie zawsze jest gwarantem należytego bezpieczeństwa konstrukcji. Potwierdzono również, że istotnym zagadnieniem w ocenie niezawodności jest przyjęcie najbardziej zbliżonego do rzeczywistości modelu obliczeniowego uwzględniającego możliwe błędy wykonawcze. Jak wykazano niewłaściwe założenia mogą prowadzić do istotnych różnic w oszacowaniu niezawodności konstrukcji.

15

Capital budget decision-making in logistics

Vlachý Jan

LogForum

|

2020

|

Vol. 16, no. 1

75--83

EN

Background: Capital budgeting decisions in the logistics industry often combine three distinct characteristics. Firstly, they relate to capital assets- such as vehicles or equipment- being periodically replaced with different useful lives and efficiency features, and secondly, their performance is subject to particular operating and market risks. Lastly, externalities, such as regulatory interventions and technological evolution, also contribute to innovation- and thus also uncertainty- becoming a significant factor in logistics. Accordingly, this paper develops a valuation model which takes these characteristics into account and facilitates a robust decision-making process. Methods: In order to properly capture the specifics of the problem, the proposed model is based on an application of the Life Cycle Cost budgeting method benchmarked to an appropriate functional unit, combined with the Monte Carlo simulation and sensitivity analyses of relevant risk factors. Results: A realistic case study was developed, providing the necessary input parameters for the method's application. It was thus demonstrated that it provides useful and coherent resources for the decision-making process, including the tools needed to test various assumptions and determine project risks. Conclusions: The presented model and its solution provide results which are superior compared to conventional capital budgeting methods in terms of properly capturing the essential value-determining factors for a common type of problem encountered in logistics. They are also adequately comprehensive to be applied by practitioners in a real-life managerial setting.

PL

Wstęp: Decyzje kapitałowe budżetowe w logistyce często wyróżniają się trzema charakterystycznymi cechami. Są one powiązane z aktywami kapitałowymi, takimi ją pojazdy lub sprzęt, które są okresowo zastępowane, z różnymi okresami życia oraz z faktem, że ich działanie podlega operacyjnemu i rynkowemu ryzyku. Warunki zewnętrzne, takie jak uwarunkowania prawne, rozwój technologii, innowacyjność (wszystko wpływające na niepewność działania) są również istotnym czynnikiem wpływającym na postępowanie w obrębie logistyki. W pracy jest zaprezentowany opracowany model ewaluacji, biorący pod uwagę powyżej wymienione charakterystyki oraz ułatwiający rozbudowany proces podejmowania decyzji. Metody: W celu prawidłowego ujęcia specyfikacji problemu, proponowany model jest oparty na aplikacji metody budżetowania Life Cycle Cost w odniesieniu do odpowiedniej jednostki funkcjonalnej, w połączeniu z symulacją Monte Carlo and analizą wrażliwości istotnych czynników ryzyka. Wyniki: Zostało opracowane realistyczne studium przypadku, dostarczające niezbędnych danych wejściowych dla proponowanej metody analizy. Dostarczyło to przydatne spójne dane wejściowe dla procesu podejmowania decyzji, włączając w to narzędzia potrzebne do testowania różnych założeń oraz oceny podejmowanego ryzyka. Wnioski: Prezentowany model i jego rozwiązane dostarcza wyników porównywanych z konwencjonalnymi metodami budżetowania kapitałowego pod względem prawidłowego ujmowania czynników wartościowych dla powszechnie występujących problemów w logistyce. Można go stosować w szeroko pojętej praktyce zarządzania.

16

Monte Carlo simulation approach to reliability analysis of complex systems

Dąbrowska Ewa

Journal of KONBiN

|

2020

|

Vol. 50, iss. 1

155--170

EN

The article presents new results concerned with general procedures and algorithms to assess the reliability of complex systems with various reliability structures. The analytical method and based on it the simulation method were used to estimate the reliability characteristics of the port grain transportation system. Finally, the general simulation algorithm was developed to evaluate the reliability characteristics of ageing complex systems. In this case, the systems operating processes were described by any distributions of sojourn times in operation states and the reliability functions of their components were modified in such a way that these components are not characterized by a "lack of memory". The application of this algorithm has been illustrated by the results for exemplary complex two-state systems.

PL

Artykuł przedstawia nowe wyniki w postaci ogólnych procedur i algorytmów symulacyjnych pozwalających oceniać niezawodność złożonych systemów o różnorodnych strukturach niezawodnościowych. Metody analityczna oraz oparta na niej metoda symulacji zostały zastosowane do oszacowania charakterystyk niezawodności portowego systemu transportu zboża. Ponadto zbudowany został ogólny algorytm pozwalający oceniać niezawodność starzejących się systemów złożonych, których procesy eksploatacyjne opisane są dowolnymi rozkładami czasów przebywania w stanach, natomiast dowolne funkcje niezawodności ich elementów są zmodyfikowane w ten sposób, że elementy te nie charakteryzują się „brakiem pamięci”. Zastosowanie tego algorytmu zostało zilustrowane wynikami dla wybranych złożonych systemów dwustanowych.

17

Synthesis of naturalistic vehicle driving cycles using the Markov Chain Monte Carlo method

Puchalski Andrzej, Komorska Iwona, Ślęzak Marcin, Niewczas Andrzej

Eksploatacja i Niezawodność

|

2020

|

Vol. 22, no. 2

316--322

EN

Simulation methods commonly used throughout the design and verification process of various types of motor vehicles require development of naturalistic driving cycles. Optimization of parameters, testing and gradual increase in the degree of autonomy of vehicles is not possible based on standard driving cycles. Ensuring representativeness of synthesized time series based on collected databases requires algorithms using techniques based on stochastic and statistical models. A synthesis technique combining the MCMC method and multifractal analysis has been proposed and verified. The method allows simple determination of the speed profile compared to classic frequency analysis.

PL

Metody symulacyjne powszechnie stosowane w całym procesie projektowania i weryfikacji różnych typów pojazdów mechanicznych wymagają opracowania eksploatacyjnych cykli jezdnych. Optymalizacja parametrów, testowanie i stopniowe zwiększanie stopnia autonomiczności pojazdów nie jest możliwe na bazie standardowych cykli jezdnych. Zapewnienie reprezentatywności syntezowanych szeregów czasowych na podstawie zgromadzonych baz danych wymaga algorytmów wykorzystujących techniki bazujące na modelach stochastycznych i statystycznych. Zaproponowano i zweryfikowano technikę syntezy łączącą metodę Monte Carlo wykorzystującą łańcuch Markowa (MCMC) oraz analizę multifraktalną. Metoda umożliwia proste wyznaczenie profilu prędkości jazdy w porównaniu do klasycznej analizy częstotliwościowej.

18

Reliability assessment of repairable phased-mission system by monte carlo simulation based on modular sequence-enforcing fault tree model

Liu Chenxi, Kramer Achim, Neumann Stephan

Eksploatacja i Niezawodność

|

2020

|

Vol. 22, no. 2

272--281

EN

Phased-mission system (PMS) is the system subject to multiple, consecutive and non-overlapping tasks. Much more complicated problems will be confronted when the PMS is repairable since the repairable system could perform the multi-phases mission with more diversity requirements. Besides, various maintenance strategies will directly influence the reliability analysis procedure. Most researches investigate those repairable PMSs that carry out the multi-phases mission with deterministic phase durations, and the mission fails once the system switches from up to down. In this case, one common maintenance strategy is that failed components are repairable as long as the system keeps in up state. However, many practical systems (e.g., construction machinery, agricultural machinery) may be involved in such multi-phases mission, which has uncertain phase durations but limited by a maximum mission time, within which failed components can be unconditional repaired, and the system can be restored from down state. Comparing with the former type of repairable PMS, the latter will also concern phase durations dependence, and both the system and components included have the state bidirectional transition. This paper makes new contributions to the reliability assessment of repairable PMSs by proposing a novel SEFT-MC method. Two types of repairable PMS mentioned above are considered. In our method, a specific sequence-enforcing fault tree (SEFT) is proposed to correctly depict failure logical relationships between the system and components included. In order to transfer the graphical fault tree (no matter its size and complexity) into a modular reliability model used in Monte Carlo (MC) simulation, an improved linear algebra representation (I-LAR) approach is introduced. Finally, a numerical example including two cases corresponding to the two types of repairable PMS is presented to validate the proposed method.

PL

System z misjami okresowymi (phased-mission system, PMS) to system, który wykonuje wiele następujących po sobie i nienakładających się na siebie zadań. W przypadku naprawialnych systemów PMS, analiza niezawodności jest o wiele bardziej skomplikowana, ponieważ system naprawialny może wykonywać misje wielofazowe o bardziej różnorodnych wymaganiach. Poza tym systemy takie wymagają zastosowania różnych strategii utrzymania ruchu, co ma bezpośredni wpływ na procedurę analizy niezawodności. Większość badaczy bada naprawialne systemy PMS, które wykonują misje wielofazowe, w których czas trwania fazy jest wielkością deterministyczną, a misja kończy się niepowodzeniem, gdy system przechodzi ze stanu zdatności do stanu niezdatności W takich przypadkach najczęściej przyjmuje się, że uszkodzone elementy można naprawić o ile system pozostaje w stanie zdatności. Jednak wiele systemów stosowanych w praktyce (t.j. maszyny budowlane czy maszyny rolnicze) może wykonywać misje wielofazowe, w których czas trwania fazy jest wielkością niepewną, ograniczoną jedynie przez maksymalny czas trwania misji, w którym to czasie uszkodzone komponenty mogą być bezwarunkowo naprawiane, dzięki czemu system może zostać przywrócony do stanu zdatności. W porównaniu z pierwszym rodzajem naprawialnego PMS, w drugim, czasy trwania faz są zależne od siebie. Ponadto, w systemie tego typu, zarówno poszczególne elementy, jak i cały system mogą przechodzić ze stanu zdatności do stanu niezdatności i odwrotnie. Niniejsza praca wnosi nowy wkład w ocenę niezawodności naprawialnych systemów PMS, proponując nowatorską metodę, która polega na wykorzystaniu dynamicznego drzewa niezdatności do przeprowadzenia symulacji Monte Carlo (SEFTMC). Rozważane są dwa wymienione powyżej typy naprawialnego PMS. W naszej metodzie zaproponowano drzewo niezdatności z bramkami SEQ (SEFT), które pozwala poprawnie zobrazować logiczne zależności między systemem a jego komponentami w zakresie uszkodzeń. Do przeniesienia graficznego drzewa niezdatności (bez względu na jego rozmiar i złożoność) do modułowego modelu niezawodności wykorzystywanego w symulacji Monte Carlo, zastosowano udoskonaloną metodę reprezentacji algebry liniowej (I-LAR). Poprawność proponowanej metody wykazano na przykładzie numerycznym obejmującym dwa przypadki odpowiadające dwóm omawianym typom naprawialnego PMS

19

Reliability-based safety evaluation of the BISTOON historic masonry arch bridge

Pouraminian Majid, Pourbakhshian Somayyeh, Noroozinejad Farsangi Ehsan, Berenji Sevil, Keyani Borujeni Salman, Moosavi Asl Mirhasan, Mohammad Hosseini Mehdi

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2020

|

Vol. 30, no. 1

87--110

EN

This research examines the probabilistic safety assessment of the historic BISTOON arch bridge. Probabilistic analysis based on the Load-Resistance model was performed. The evaluation of implicit functions of load and resistance was performed by the finite element method, and the Monte-Carlo approach was used for experiment simulation. The sampling method used was Latin Hypercube. Four random variables were considered including modulus of elasticity of brick and in filled materials and the specific mass of brick and infilled materials. The normal distribution was used to express the statistical properties of the random variables. The coefficient of variation was defined as 10%. Linear behavior was assumed for the bridge materials. Three output parameters of maximum bridge displacement, maximum tensile stress, and minimum compressive stress were assigned as structural limit states. A sensitivity analysis for probabilistic analysis was performed using the Spearman ranking method. The results showed that the sensitivity of output parameters to infilled density changes is high. The results also indicated that the system probability of failure is equal to rhofsystem=1,55x10-3. The bridge safety index value obtained is betat=2.96, which is lower than the recommended target safety index. The required safety parameters for the bridge have not been met and the bridge is at the risk of failure.

20

Simulation of Reliability Prediction Based on Multiple Factors for Spinning Machine

Li Chen, Liu Rongxing, Pan Fukui

Autex Research Journal

|

2020

|

Vol. 20, no. 1

17--23

EN

Reliability prediction of spinning machines can result in a time-saving and cost-saving development process with high reliability. Based on an analysis of failure times among systems and subsystems, a simulation method for reliability prediction of spinning machines is proposed by using the Monte Carlo simulation model. Firstly, factor weights are determined according to the fuzzy scoring and analytic hierarchy process. According to the status of reliability growth, growth coefficients are proposed based on reliability influencing factor weights and fuzzy scoring. To achieve the prediction of reliability distribution law, reliability index, and fault frequency, the reliability prediction model is constituted by combining the reliability growth coefficient and the Monte Carlo simulation model. Simulation results for spinning machines are obtained via the model thus built, which are confirmed with a practical example.