Modelo de programação matemática na elaboração de quadros de horários para cursos de graduação

Abstract

Esta dissertação trata da construção de um modelo matemático para a elaboração do quadro de horários dos cursos de graduação do CBV/IFRR. A programação de horários é um problema de otimização combinatória estudado há anos pela Pesquisa Operacional e, em termos de complexidade computacional, é tido como NP-Completo, sendo assim, é um problema que exige grande capacidade de processamento. A elaboração do quadro de horários em qualquer instituição de ensino é complexa e demanda tempo para os responsáveis por essa atividade, pois as necessidades dos professores e alunos devem ser atendidas e devem-se evitar conflitos nos horários dos professores. A instituição estudada nesta dissertação assim como outras instituições, possui particularidades institucionais, dessa forma, uma formulação geral do problema acaba não lhe sendo útil. O CBV/IFRR realiza a elaboração dos horários de forma manual, por meio de planilha eletrônica e realização de reuniões entre os gestores, o que torna difícil encontrar uma solução factível. Sendo assim, foi necessária a realização de pesquisa científica para encontrar métodos que poderiam ser aplicados ao problema. Assim, este trabalho teve como objetivo desenvolver um modelo de Programação Matemática que permitisse a elaboração dos horários para cursos de graduação do CBV/IFRR. Utilizou-se entrevistas com as Coordenações de Cursos para obtenção das informações acerca do problema tratado, tais como restrições e prioridades a serem atendidas com a programação de aulas para professores. Estas informações serviram de base para a construção do modelo conceitual, que foi utilizado para elaboração do modelo matemático final, que foi implementado na linguagem de alto nível GAMS® e resolvido pelo solver CPLEX®. Os testes do modelo foram realizados otimizando uma instância com dados reais da instituição estudada. Os resultados obtidos da otimização foram satisfatórios, pois foi possível encontrar uma solução ótima para a instância em tempo computacional adequado, com todas as restrições, impostas pelas características peculiares do problema tratado, sendo respeitadas e as prioridades estabelecidas pelas Coordenações de Cursos atendidas.

This dissertation deals with the construction of a mathematical model for the elaboration of the timetable of the undergraduate courses of the CBV/IFRR. Time scheduling is a combinatorial optimization problem that has been studied for years by Operational Research and, in terms of computational complexity, is considered as NP-Complete, so it is a problem that requires large processing capacity. The elaboration of the timetable in any educational institution is complex and takes time for those responsible for this activity, because the needs of teachers and students must be met and avoid conflicts in the schedules of teachers. The institution studied in this dissertation as well as other institutions, has institutional features, so a general formulation of the problem ends up being of no use to it. The CBV/IFRR performs the elaboration of the schedules manually, through a spreadsheet and holding meetings between managers, which makes it difficult to find a feasible solution. Thus, it was necessary to carry out scientific research to find methods that could be applied to the problem. Thus, this work had the objective of developing a Mathematical Programming model that allowed the elaboration of the schedules for the undergraduate courses of the CBV/IFRR. We used interviews with the Course Coordinators to obtain information about the problem, such as constraints and priorities to be met with the programming of classes for teachers. This information was the basis for the construction of the conceptual model, which was used to elaborate the final mathematical model, which was implemented in the GAMS® high-level language and solved by the CPLEX® solver. The tests of the model were performed optimizing an instance with real data of the studied institution. The results obtained from the optimization were satisfactory, since it was possible to find an optimal solution for the instance in adequate computational time, with all the restrictions imposed by the peculiar characteristics of the problem, being respected and the priorities established by the Coordination of Courses attended.