Esta pesquisa trata o Problema de Programação de Tripulantes (PPT), presente no planejamento operacional das empresas aéreas. O principal objetivo do PPT é atribuir um conjunto de tarefas aos tripulantes, considerando as regulamentações trabalhistas, as regras de segurança e as políticas das empresas, de tal maneira que o custo da tripulação seja mínimo. O PPT é normalmente dividido em dois subproblemas, resolvidos sequencialmente: Problema de Determinação das Viagens (PDV) e Problema de Atribuição de Escalas (PAE). No PDV, determina-se um conjunto de viagens que cubra todos os voos planejados. Em seguida, no PAE, as escalas, compostas pelas viagens escolhidas e outras atividades como folgas, sobreavisos, reservas, treinamentos e férias, são atribuídas aos tripulantes. Esta decomposição justifica-se pela natureza combinatória do PPT, porém não incorpora as disponibilidades e as preferências dos tripulantes em ambos os subproblemas (PDV e PAE), gerando assim custos extras relacionados aos conflitos que surgem durante a atribuição das escalas aos tripulantes no PAE. Além disso, as estimativas de custos adotadas no PDV não possuem caráter global, já que o custo real da programação só pode ser obtido após a atribuição das escalas. O estado da arte envolve a solução integrada do PPT, em que se elimina a necessidade de resolver inicialmente o PDV, provendo assim uma melhor estimativa de custo e uma programação final com melhor qualidade, por considerar os custos da tripulação, as disponibilidades e preferências dos tripulantes de forma global. O problema, no entanto, é NP-Difícil. Assim sendo, a metodologia proposta nesta pesquisa objetiva a solução do PPT de forma integrada, através de um Algoritmo Genético Híbrido (AGH) associado a um procedimento de busca em profundidade, levando em conta as particularidades da legislação brasileira. A metodologia foi testada, com sucesso, para a solução de instâncias baseadas na malha real de uma empresa aérea brasileira. / This master of science research treats the Crew Scheduling Problem (CSP), as part of the airlines operational planning. The main aim of the CSP is to assign a set of tasks to crew members, considering the labor regulations, safety rules and policies of companies, such that the crew cost is minimal. The CSP is divided into two subproblems, solved sequentially: Crew Pairing Problem (CPP) and Crew Rostering Problem (CRP). First, CPP provides a set of pairings that covers all the planned flights. Then, in the CRP, the rosters, encompassing the pairings and other activities such as rest periods, alert duties, reserve duties, training times and vacations, are assigned to the crew members. This decomposition is justified by the combinatorial nature of the CSP, but it not incorporates the crew members availabilities and preferences in both subproblems (CPP and CRP), generating extra costs related to conflicts that arise during the assignment of rosters to the crew members in the CRP. Besides, the costs estimations adopted in the CPP does not have a global character, since the real cost of the global schedule can be only obtained after the assignment of the rosters. The state of the art involves the integrated solution of CSP, where the CPP does not need to be solved, thus providing a better estimated cost and a better schedule quality, considering crew costs and also crew members availabilities and preferences globally. The problem, however, is NP-Hard. Therefore, the methodology proposed in this master of science research aims to obtain an integrated solution of the CSP, through an hybrid algorithm genetic associated with a depth-first search procedure, taking into account the Brazilian legislation. The methodology was tested, with success, to solve instances related a real network of a Brazilian airline.

Este trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento e a implementação, em uma rotina computacional, de um algoritmo para localização de faltas em linhas de transmissão com compensação série baseado em método heurístico. O algoritmo de localização de faltas proposto neste trabalho é capaz de identificar o ponto de ocorrência da falta utilizando informações sobre os parâmetros da linha de transmissão, os sinais de tensões e correntes registrados nos terminais dessa linha, bem como as características das unidades de compensação série empregadas. O algoritmo desenvolvido no âmbito desta pesquisa foi codificado no ambiente Matrix Laboratory (MATLAB), bem como o método heurístico escolhido (pattern search) e a sua validação foi conduzida a partir de simulações computacionais utilizando modelos de rede implementados no Alternate Transient Program (ATP). / This work aims to describe the development and implementation in a computational routine, an algorithm to locate faults in series-compensated transmission lines based on an heuristic method. The fault location algorithm proposed in this work is capable of identifying the fault point using information about the parameters of the transmission line, voltages and currents signals recorded at the line terminals, as well as the characteristics of the series compensation units. The optimization method used for objective functions was pattern search. The algorithm developed during this research was coded using MATLAB, as well as the heuristic method chosen (pattern search) and its validation was based on computer simulations using network models implemented in ATP.

Neste trabalho, apresentamos um estudo sobre o problema de dimensionamento de lotes com múltiplas plantas, múltiplos itens e múltiplos períodos. As plantas têm capacidade de produção limitada e a fabricação de cada produto incorre em tempo e custo de preparação de máquina. Nosso objetivo é encontrar um plano de produção que satisfaça a demanda de todos os clientes, considerando que a soma dos custos de produção, de estoque, de transporte e de preparação de máquina seja a menor possível. Este trabalho tem duas contribuições centrais. Primeiramente, propomos a modelagem do problema de dimensionamento de lotes com múltiplas plantas utilizando o conceito de localização de facilidades. Para instâncias de pequena dimensão, os testes computacionais mostraram que a resolução do problema remodelado apresenta, como esperado, resultados melhores que o modelo original. No entanto, seu elevado número de restrições e de variáveis faz com que as instâncias de maiores magnitudes não consigam ser resolvidas. Para trabalhar com instâncias maiores, propomos um método híbrido (math-heurística), que combina o método relax-and-fix, com a restrição de local branching. Testes computacionais mostram que o método proposto apresenta soluções factíveis de boa qualidade para estas instâncias / In this work, we present a study about the multi-plant, multi-item, multi-period lot-sizing problem. The plants have limited capacity, and the production of each item implies in setup times and setup costs. Our objective is to find a production plan which satisfies the demand of every client, considering that the sum of the production, stocking, transport and setup costs is the lowest possible. This work has two main contributions. Firstly, we propose the multi-plant lot-sizing problem modeling using the facility location concept. For small dimension problems, computational tests showed that the remodeled problem resolution presents, as expected, better results than the original model. However, the great number of restrictions and variables make bigger instances to be intractable. To work with the bigger dimension instances, we propose a hybrid method (math-heuristic), which combines the relax-and-fix method and the local branching restriction. Computational tests show that the proposed math-heuristic presents good quality feasible solutions for these instances

O presente trabalho aborda o problema de determinação de datas de entrega e o sequenciamento de tarefas com tempos de processamento estocásticos. O ambiente considerado constitui em uma máquina simples e tarefas com custos individuais e distintos de adiantamento e atraso de entrega (earliness e tardiness ou simplesmente E/T). O objetivo é determinar a sequência e as datas de entrega ótimas que simultaneamente minimizam o custo total esperado de E/T. Para a determinação de sequências candidatas, são apresentadas diversas heurísticas construtivas com tempo de execução polinomial baseadas em um método de inserção de tarefas. Considerando tarefas com distribuição normal, experimentos computacionais comprovam a eficácia dos algoritmos para problemas de menor porte, os quais fornecem soluções ótimas em 99,85% dos casos avaliados. Quando aplicadas a um conjunto com uma maior quantidade de tarefas, as heurísticas apresentaram resultados melhores do que o algoritmo disponível na literatura em mais de 80% dos casos. Consideradas tarefas com distribuição lognormal, obteve-se um percentual de otimalidade entre 93,87% e 96,45%, a depender da heurística aplicada. Demonstra-se ainda para o caso com distribuição normal que os métodos propostos são assintoticamente ótimos e, portanto, são indicados para a resolução de problemas de grande porte. / This work addresses the problem of concurrent due-date assignment and sequencing of a set of jobs on a stochastic single-machine environment with distinct job earliness and tardiness penalty costs. It is assumed that the jobs processing times are statistically independent and follow a normal distribution whose mean and variance are provided and they are not necessarily integer values. The objective is to determine the job sequence and the integer due dates which minimize the expected total earliness and tardiness costs. Several efficient insertion-based construction heuristics are proposed in order to find candidates for the optimal sequence with polynomial time complexity. For the normal distribution problem, numerical experiments show that the proposed heuristic methods are able to find the optimal solution in 99,85% when applied to problems with a smaller size. When applied to problems with a bigger size, the solutions found by the proposed heuristics had better costs than the solutions described in the literature in more than 80% of cases. For the lognormal distribution problem, the proposed heuristic methods provided solutions with a percentage of optimality between 93,87% and 96,45%. Furthermore, for the normal distribuition case, it was proven that the heuristics are asymptotically optimal, i.e., it can be used for problems of any size.

O problema de controle de estoques com demanda não estacionária e lead-time positivo tem se tornado cada vez mais relevante em virtude da crescente tendência de redução do ciclo de vida dos produtos e internacionalização das cadeias de suprimentos. Embora haja uma solução exata para a minimização do custo esperado da política de estoques para este cenário, baseado no método de programação dinâmica, o custo computacional deste método ainda é considerado elevado. Este trabalho detalha e avalia através de simulação o método exato e duas aproximações para a minimização do custo esperado da política de estoques, em termos do desempenho em custo e eficiência computacional. Os resultados experimentais permitem a análise dos métodos disponíveis. Enquanto a abordagem heurística de Bollapragada e Morton, que utiliza o nivelamento da demanda não estacionária, perde desempenho de custo com o aumento do lead-time, a nova heurística proposta, que aproxima os parâmetros da política ótima por valores limitantes, produz resultados sucessivamente melhores com o aumento do lead-time. / The inventory control problem with nonstationary demand and positive lead-time has become increasingly important due to the growing trend of reduction in product life cycle and internationalization of the supply chain. Although there is an exact solution to the minimization of the expected cost of inventory policy on this environment, through the method of dynamic programming, the computational cost of this method is still considered high. This work details and evaluates through simulation the exact method and two heuristic solutions for the minimization of expected cost of inventory policy, in terms of cost performance and computational efficiency. The experimental results allow the analysis of the available methods. While the Bollapragada and Morton heuristic approach, which levels the non-stationary demand, decreases the cost performance when lead-time is increased, the new heuristic proposed, that approximates the optimal policy parameters by limiting values, successively produces better results with increasing lead-times.

Em qualquer setor onde exista fornecimento de materiais, as decisões da recuperação do material não conforme são relevantes. Este trabalho estuda as decisões da recuperação de material não conforme na indústria Aeronáutica, onde o seu produto final tem um longo ciclo de fabricação e de suprimento e elevado custo o que exige que o tempo dessa recuperação seja o mínimo possível. O material não conforme tem diferentes destinos, podendo ser recuperado através do retorno ao fornecedor ou oficina autorizada, ou ainda ser destruído. Esse trabalho utiliza o conhecimento da Logística Reversa como suporte para essa decisão de recuperação, porém sob a ótica do cliente e não do fornecedor como a maioria da literatura apresenta. Muitas vezes, o custo dessa recuperação é muito maior que o de uma nova aquisição e nesse tipo específico de indústria 95% do material comprado é importado tornando a logística ainda mais difícil. Este trabalho propõe a utilização de um modelo heurístico, que decide o destino do material não conforme. Os parâmetros para medidas de desempenho desse modelo é a comparação de dados do histórico de itens recuperados pela empresa estudada com os dados obtidos pelo modelo heurístico. / In any company where supply of materials exists, the decisions of recovering non-conform materials are relevant. This paper studies these decisions in an aerospace company, which its finished product has a long production and supply cycles with a high cost, what demands that the time of this recovery be as short as possible. The non-conform material has different destinies, being recovered through the return to the supplier or authorized workshop, or still to be destroyed. This paper uses the knowledge of the Reverse Logistics as a support for that recovery decision, however under the customer’s point of view and not of the supplier as most of the literature presents. A lot of times, the cost of that recovery is much larger than the one of a new acquisition and in that specific type of industry 95% of the bought material is imported turning the reverse logistics still more difficult. This work proposes the use of a heuristic model, which decides the destiny of the non-conform materials. The parameters for measures of acting of that model are the comparison of data of the report of items recovered by the company studied against the data obtained by the heuristic model.

A reconfiguração de redes é uma técnica utilizada para alterar topologias de redes por meio da mudança dos estados das chaves normalmente aberta e normalmente fechada. Essa técnica é muito utilizada para tratar problemas relacionados ao excesso de perdas ôhmicas em uma rede elétrica. Tais perdas representam um custo considerável no faturamento das empresas distribuidoras. O problema de redução de perdas via reconfiguração de redes pode ser modelado como um problema de otimização combinatória, em que se deve determinar a combinação de estados de chaves que correspondem a configuração radial da rede com menor nível de perdas. De modo a lidar com esse problema por reconfiguração da redes, diversas técnicas computacionais têm sido propostas. Dentre essas técnicas, estruturas de dados eficientes, como a Representação nó-profundidade (RNP), viabilizam a modelagem radial dos sistemas de distribuição (SDs) e o uso combinado com métodos de otimização possibilitam uma redução do espaço de busca de soluções consequentemente pode-se obter melhores soluções. Para otimizar a capacidade de processamento, este trabalho propõe tratar o problema de redução de perdas em SDs via reconfiguração de redes em aceleradores de hardware utilizando da arquitetura de hardware paralelizada em FPGA baseada na RNP (HP-RNP) proposta em (GOIS, 2011). Assim, um problema combinatório é tratado em aceleradoras de hardware reduzindo significativamente o custo computacional devido ao alto grau de paralelismo no processo de busca por soluções. Nesse sentido, foi proposto neste trabalho a extensão da HP-RNP, a partir de modificações no barramento de comunicação da arquitetura original para o envio e recebimentos dos dados que representam os SDs de forma mais eficiente. Além disso, o problema de redução de perdas por reconfiguração de redes foi mapeado em um problema de floresta geradora mínima com restrição de grau (dc-MSFP), a partir de uma aproximação que faz uso de uma heurística de pesos, em que informações relacionadas com grandezas elétricas e características topológicas da rede são transformadas em pesos. A partir da extensão da HP-RNP e do mapeamento do problema em um dc-MSFP, foi possível obter soluções de qualidade (próximas da ótima) em tempo significativamente reduzido quando comparado às outras abordagens. / Network reconfiguration is a technique used to change network topologies by changing the normally open and normally closed switches states. This technique is widely used to problems related to the excess of ohmic losses in distribution companies. Such losses represent a considerable cost in the distribution companies. The problem of network reconfiguration can be modeled as a combinatorial optimization problem, in which the combination of switches states that represent the configuration of the network with the lowest level of losses must be determined. To deal with these problems by network reconfiguration, several computational techniques have been proposed. Among these techniques, efficient data structures, such as the Node-Depth Encoding (NDE), enable the radial modeling of the distribution systems and the combined use of the NDE with optimization methods allow the reduction of the search space of the solutions. In order to optimize the processing capacity, this work proposes to deal with the loss minimization problem in Distribution Systems (DSs) by network reconfiguration using the Hardware Parallelized NDE (HP-NDE) proposed in (GOIS, 2011) to accelerate the network reconfiguration. Thus, a combinatorial problem is addressed in hardware accelerators, reducing significantly the computational cost due to the high degree of the parallelism in the process of search of the solution search. In this context, it was proposed the extension of the HP-NDE, from modifications in the communication bus of the original HP-NDE to send and receive more efficiently the data that represent the DSs. Moreover, the problem of loss reduction was mapped in a minimum spanning forest problem with degree constraint (dc-MSFP), by using an approximation that use a weights heuristic based on the information of the electrical magnitudes and topological characteristics of the network. From the extension of the HP-RNP and the mapping of the problem in a dc-MSFP, it was possible to obtain solutions of the good quality (close to optimal) in a time significantly reduced when compared to the other approaches.

Perturbações na malha aérea ocorrem em todo o mundo e afetam econômica e operacionalmente as empresas aéreas. Em 2016, os gastos que essas perturbações causaram às empresas aéreas e aos seus clientes giraram em torno de US$60 bilhões, cerca de 8% da receita de todas as empresas aéreas do mundo. Este trabalho apresenta uma Heurística Matemática Híbrida, envolvendo otimização por programação inteira mista, para resolver o Problema da Recuperação da Malha Aérea de uma empresa, em até vinte minutos, para uso do Centro de Controle Operacional (CCO) da empresa aérea. A solução consiste em uma nova programação de voos que minimiza os custos da alteração da malha aérea e atenda as restrições impostas por um cenário de múltiplas perturbações, quais sejam: atrasos, cancelamentos de voos, fechamento ou redução de capacidade aeroportuária e manutenções não-programadas. Além da heurística, apresenta-se também um modelo de fluxo em rede com programação inteira para resolver de forma exata o Problema da Recuperação da Malha. Esse modelo obteve resultados em instância de até 500 voos, para todo tipo perturbação, em tempo de execução razoável, exceto para as instâncias em que a capacidade aeroportuária estava muito comprometida. A heurística matemática híbrida apresentou resultados com diferenças de até 5% com relação ao ótimo para as instâncias com até 6000 voos, independentemente do nível de perturbação imposta à malha aérea, com tempo de execução que permite o seu uso prático. / Schedule disruptions occurs worldwide and affect economically and operationally the airlines. In 2016, disruptions cost airlines and their customers around $60 billion, or about 8% of worldwide airline revenue. In this thesis, a Hybrid Math-Heuristic including a mixed-integer linear optimization is presented. It is aimed at assisting airlines to solve the Aircraft Recovery Problem through their Operations Control Centers (OCC) in up to twenty minutes. The solution consists in a new changed schedule that minimizes the cost of changes and deals with constraints related to a scenario with multiple disruptions: delays, flight cancelations, closures or airport capacity reduction and non-scheduled maintenance. Besides the heuristic, a network flow integer programming model is presented to provide exact solutions to the Aircraft Recovery Problem. The Exact Model achieved optimal results for instances with up to 500 flights subjected to all kinds of disruptions in reasonably times, except for instances with highly constrained airport capacity. The Hybrid Math-Heuristic achieved results with maximum optimal GAP of up to 5% for instances with up to 6.000 flights, no matter the level of the imposed disruption, with time of execution that permits its use in practice.

Submitted by Filipe dos Santos (fsantos@pucsp.br) on 2018-12-04T11:47:25Z No. of bitstreams: 1 Guilherme Sousa Vieira.pdf: 3021145 bytes, checksum: 0652b6e7a3dbb42c0bef36ecaeb77a24 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-12-04T11:47:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guilherme Sousa Vieira.pdf: 3021145 bytes, checksum: 0652b6e7a3dbb42c0bef36ecaeb77a24 (MD5) Previous issue date: 2018-10-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The present master's thesis had as its objective a research on the League of Legends game, exploring its design philosophies to identify and discuss within the heuristic theme in game design, using as base the heuristic evaluation of the reworking of one of its characters, the champion Xerath. We start by dissolving the game LoL, how it occurs, how it was in its initial form, how to put the philosophy of work of its developer studio and then we go to the description of the game in its technical and playful aspects. In the sequel we delve into the discussion of heuristics, identity & aesthetics in digital games, where we have developed on top of researched authors, especially the texts of Brenda Laurel, Sherry Turkle and James Paul Gee acquiring a basis for the heuristic evaluation of the character. Next, we focus on the contextualization of the character who came to be evaluated, the champion Xerath, his birth, his involvement with the author and his status before and after the reworking. In its final part, this research retakes the discussed points and applies the heuristic evaluation in the changes that occurred in the character, after that, the process of extrapolation of the work begins and final considerations / A presente dissertação de mestrado teve como seu objetivo uma pesquisa sobre o jogo League of Legends, explorando suas filosofias de design para identificar e discutir dentro do tema heurísticas no design de games, utilizando-se como base a avaliação heurística do Retrabalhamento de uma de suas personagens, o Campeão Xerath. Partimos por uma dissecção do jogo LoL, como ocorre seu surgimento, como era em sua forma inicial, como se coloca a filosofia de trabalho de seu estúdio desenvolvedor e depois partimos para a descrição do jogo em seus aspectos técnicos e lúdicos. Em sequência nos aprofundamos na discussão sobre heurísticas, identidade & estética nos jogos digitais, onde desenvolvemos em cima de autores pesquisados, principalmente os textos de Brenda Laurel, Sherry Turkle e James Paul Gee adquirindo uma base para a avaliação heurística da personagem. Em seguida nos dedicamos a contextualização da personagem que veio ser avaliada, o Campeão Xerath, o seu nascimento, o seu envolvimento com o autor e seu estado antes e após o seu Retrabalhamento. Em sua parte final, essa pesquisa retoma os pontos discutidos e aplica a avaliação heurística nas mudanças que ocorreram na personagem, após isso, se inicia o processo de extrapolação do trabalho e considerações finais

Esta dissertação estuda o problema da programação de operações em sistemas job shop de manufatura onde itens com estruturas de materiais são produzidos a partir de componentes fabricados e montados. Tais sistemas são denominados assembly shops. O caso geral do problema de programação de operações em sistemas job shop, no qual não existem restrições quanto ao número de operações a serem programadas nem quanto ao número de máquinas a serem alocadas, é considerado, até o presente momento, intratável do ponto de vista computacional devido à explosão combinatória inerente ao processo de programação, independente da escolha do critério de desempenho. Isto significa dizer que não existe nenhum método eficiente de programação que resolva globalmente instâncias de porte real do problema dentro de um tempo computacional considerado satisfatório. Devido a este fato, nas últimas três décadas, diversos métodos aproximados e heurísticos foram propostos e avaliados para o problema. Nesta pesquisa, é proposto e avaliado um novo método heurístico de programação. Fundamentado na pressuposição de que a melhoria na sincronização de operações de montagem em sistemas assembly shop leva ao melhor atendimento de datas de entrega de pedidos, o método implementa duas abordagens de programação: uma abordagem backward que satisfaz completamente as datas de entrega e outra forward que satisfaz completamente a restrição de capacidade de máquina. Ambas trabalham iterativamente dentro de dois modelos de simulação do sistema de produção um determinístico e outro probabilístico na busca pela melhoria da sincronização das operações e no atendimento das datas de entrega. Os resultados experimentais demonstraram que o desempenho do novo método foi em média melhor que os dos métodos não iterativos (regras) avaliados e tão bom quanto o desempenho do melhor método não iterativo (regra) testado. / This dissertation studies the problem of scheduling operations in manufacturing job shop environments where items with bill of materials are made of many fabricated and assembled components. Such systems are known as assembly shops. The general job shop scheduling problem, which no restrictions exist neither for the number of operations to be scheduled nor for the number of machines to be allocated, is considered at the present date intractable from the computational point of view, whatever the performance criterion used, due to the combinatorial explosion inherent to the scheduling process. It means that there is not an efficient computational method that solves globally real size instances of the problem within a satisfactory period of time. Due to this fact, in the last three decades several approximated and heuristic methods were created and evaluated for the problem. This research proposes and evaluate a new heuristic method which is based on the assumption that the improvement in operations synchronization at the assembly stations brings forth better achievement of due dates. The method implements two scheduling approaches: a backward approach satisfying due date completely and a forward approach satisfying capacity restriction completely. The two approaches work iteratively within two different simulation models of the production system one deterministic e other probabilistic in searching for operations synchronization improvement and due date achievement. The experimental results have shown the new method was better than the single-pass methods (rules) on average and as good as the better single-pass method (rule) tested.