[pt] O teste lógico de circuitos integrados VLSI é parte indispensável de sua fabricação e projeto. O enfoque pseudo-exaustivo para o teste lógico de circuitos integrados consiste em particionar o circuito original a ser testado em subcircuitos com um reduzido número de entradas, que são então testados em paralelo de forma exaustiva. Neste trabalho apresenta-se um algoritmo aproximado para o problema de particionamento de circuitos integrados combinacionais, baseado na metaheurística de busca tabu. O algoritmo proposto apresenta diversas características originais, tais como: o conceito de vizinhança reduzida, obtida por movimentos envolvendo apenas um subconjunto de nós de fronteira; movimentos complexos que induzem diversos movimentos resultantes, embora as variações na função de custo sejam facilmente calculáveis; uma função objetivo bi-critério combinando o número de circuitos e o número de cortes, que simultaneamente adiciona uma estratégia de diversificação à busca; e o uso de uma heurística de empacotamento como passo de pós-otimização. O desempenho do algoritmo proposto foi avaliado através de sua aplicação a um conjunto de circuitos computacionais ISCAS padronizados. Os resultados computacionais foram comparados com aqueles fornecidos pelos algoritmos conhecidos na literatura, obtendo-se melhorias significativas. As taxas de médias de redução foram da ordem de 30% para o número de subcircuitos na partição e de 40% para o número de cortes. / [en] The logical test of integrated VLSI circuits is one of the main phases of their design and fabrication. The pseudo-exhaustive approach for the logical test of integrated circuits consists in partitioning the original circuit to be tested into non-overlapping subcircuits with a small, bounded number of subcircuits, which are then exhaustively tested in parallel. In this work we present an approximate algorithm for the problem of partitioning integrated combinational circuits, based on the tabu search metaheuristic. The proposed algorithm presents several original features, such as: the use of a reduced neighborhood, obtained from moves involving only a subset of boundary nodes; complex moves which entail several resulting moves, although the variations in the cost function are very easily computable; a bi-criteria cost function combining the number of subcircuits and the number of cuts, which simultaneously adds a diversification strategy to the search; and the use of a bin-packing heuristic as a post-optimization step. The behavior of the proposed algorithm was evaluated through its application to a set of benchmark ISCAS combinational circuits. The computational results have been compared with those obtained by the other algorithms in the literature, with significant improvements. The average reduction rates have been of the order of 30% in the number of subcircuits in the partition, and of the order of 40% in the number of cuts.

Este trabalho apresenta uma variação do problema de roteamento de veículos que permite o uso de veículos com múltiplos compartimentos. A necessidade de veículos com múltiplos compartimentos surge com frequência em aplicações práticas quando uma série de produtos, que possuem diferentes qualidades ou tipo, precisam ser transportados mas não podem ser misturados. Este problema é chamado na literatura de roteamento de veículos com múltiplos compartimentos (PRVMC). Nós propomos uma heurística busca tabu implementada em uma busca local iterada para resolver este problema. Experimentos foram feitos para avaliar a performance da busca tabu iterada e os resultados obtidos foram comparados com os resultados disponíveis na literatura. O algoritimo proposto é capaz de encontrar soluções melhores e em menos tempo de processamento que as heurísticas existentes. / We study a variant of the vehicle routing problem that allows vehicles with multiple compartments. The need for multiple compartments frequently arises in practical applications when there are several products of different quality or type, that must be kept or handled separately. The resulting problem is called the multi-compartment vehicle routing problem (MCVRP). We propose a tabu search heuristic and embed it into an iterated local search to solve the MCVRP. In several experiments we analyze the performance of the iterated tabu search and compare it with results from the literature. We find that it consistently produces solutions that are better than existing heuristic algorithms.

Escalonamento de processos é um tipo de problema de otimização combinatória no qual devemos alocar máquinas à tarefas por períodos específicos de tempo. A literatura contém diversos estudos propondo técnicas para resolver modelos de escalonamento de processos como o job shop e o open shop. Esses modelos permitem que os passos no processo produtivo sejam ou completamente ordenados ou sem ordenação alguma. Com o aumento da complexidade das aplicações industriais no encontramos, mais recentemente, diversos trabalhos que propõe problemas de escalonamento de processos mais gerais para modelar mais precisamente os processos produtivos. O mixed shop, group shop e partial shop são exemplos de tais modelos. Nesse trabalho nós propomos uma busca tabu iterada para o partial shop, que é um modelo geral que inclui diversos modelos mais restritivos. Os componentes novos mais importantes da técnica são o gerador de solução inicial, a vizinhança e o limite inferior para a vizinhança. Em experimentos computacionais nós conseguimos demonstrar que a heurística genérica e única é capaz de competir, e as vezes superar, as técnicas de estado de arte desenvolvidas especificamente para partial, open, mixed e group shop. Algumas vezes uma máquina é o gargalo de um processo produtivo, e é replicada. Na literatura o caso das máquinas paralelas foi incluído em diversas extensões de problemas de escalonamento de processos. Nessa tese nós também propomos uma técnica para escalonar as máquinas paralelas, sem incluí-las explicitamente na representação do problema. Nós usamos técnicas gerais para os casos sem máquinas paralelas para produzir uma busca heurística tabu rápida, e estado da arte, para o caso do job shop com máquinas paralelas. / Shop scheduling is a combinatorial optimization type of problem in which we must allocate machines to jobs for specific periods time. A set of constraints defines which schedules are valid, and we must select one that minimizes or maximizes an objective function. In this work we use the makespan, which is the time the last job finishes. The literature contains several studies proposing techniques to solve shop problems such as the job shop and open shop. These problems allow the steps of the production processes to be either fully ordered or not ordered at all. With increasing complexity and size of industrial applications we find, more recently, several works which propose more general shop problems to model the production processes more accurately. The mixed shop, group shop and partial shop are examples of such problems In this work we propose an iterated tabu search for the partial shop, which is a general problem and includes several other more restrictive shop problems. The most important novel components of the solver are the initial solution generator, the neighbourhood, and the lower bound for the neighbourhood. In computational experiments we were able to show that the general partial shop solver is able to compete with, and sometimes surpass, the state-of-the-art solvers developed specifically for the partial, open, mixed and group shops. Sometimes a machine is a bottleneck in the production process, and is replicated. In the literature the parallel machines case has being included in several extensions of shop problems. In this thesis we also propose a technique to schedule the parallel machines heuristically, without including them explicitly in the representation of the problem. We use general techniques for the non-parallel machine cases to produce a fast tabu search heuristic results for the job shop with parallel machines.

A programação de tarefas em linhas de produção nas empresas sempre foi e continua sendo um elemento fundamental para o sucesso das organizações em um mercado tão globalizado e competitivo. A melhor utilização dos recursos instalados através da melhor alocação das tarefas gerará melhores resultados para a organização. Entende-se pela melhor utilização dos recursos a redução do tempo total de finalização das tarefas (makespan) sem prejudicar o atendimento da data de entrega. Aplica-se esta idéia para as indústrias de um modo geral, que tenham linhas de produção, podendo citar a indústria calçadista, foco neste trabalho, as indústrias de massas, biscoitos e balas, entre outras. Na literatura especializada, esta programação é conhecida como sequenciamento de tarefas em processadores. Neste trabalho aplicado junto a indústria calçadista, foca-se em uma área mais específica: o sequenciamento de tarefas em processadores paralelos. Os problemas de sequenciamento se caracterizam pela grande exigência computacional para a resolução com algoritmos de otimização. Isto remete a utilização de heurísticas para a resolução destes problemas. Neste trabalho explora-se a Meta-Heurística Busca Tabu, que se apresentou com resultados muito bons em relação ao ótimo e em relação ao trabalhador humano. / The jobs scheduling in processor lines in the companies was always, and continues being, a fundamental element to the organization’s success in a very globalized and competitive market. The best use of the installed resources, through the best distribution of the jobs will generate better results for the organization. The best utilization of the resources means the reduction of the makespan without prejudicing the due-date. This idea is applied to all industries in general, that have processor lines, for example the shoes factories, focused in this research, pasta, cookies and sugar balls factories, beyond others. In the specialized literature this subject is know as job scheduling. This researh is applyed to a shoes factory is focused on more specific area: the job scheduling in parallel machines. The scheduling problems are characterized on its computational difficulty using optimization algoritms. That is the reason why we used heuristics to solve these problems. In this research we explore the Meta-Heuristic Tabu Search, wich showed very good results comparing to the optimun and comparing to the human worker.

[pt] A principal contribuição desta tese consiste no desenvolvimento de uma heurística híbrida, robusta e eficiente, para o problema de empacotamento unidimensional. A heurística proposta utiliza os seguintes componentes: limites inferiores e superiores do número de caixas; reduções; abordagem dual para a obtenção de soluções iniciais; heurísticas para redistribuição dos pesos; e busca tabu. O outro objetivo desta tese é a aplicação desta heurística para a solução do problema de escalonamento em processadores paralelos idênticos. São apresentados resultados computacionais obtidos sobre centenas de problemas testes da literatura. / [en] We propose in this work a hybrid improvement procedure for the bin packing problem. This heuristic has several components: lower and upper bounds; reductions, construction of initial solutions by reference to the dual problem;heuristics for load redistribution based on dominance, differencing, and unbalancing; and tabu search. We also investigate the application of this hybrid heuristic to the problem of task scheduling on identical parallel processors. Computational results on hundreds of benchmark test problem are presented.

Orientador: Jose Roberto Sanches Mantovani / Banca: Sergio Azevedo de Oliveira / Banca: Antônio César Baleeiro Alves / Resumo: A restauração do sistema de energia elétrica consiste na busca da melhor topologia com o maior número de cargas restauradas e o menor número possível de chaveamentos. Os limites de operação devem ser respeitados, ou seja, a rede deve manter a estrutura radial, os limites de tensão e das capacidades de cargas dos alimentadores e de subestações não devem ser violados. Desta forma, um dos objetivos do procedimento da restauração do serviço em sistemas de energia elétrica é reenergizar a maioria de cargas fora de serviço no menor tempo possível, pela transferência dessas áreas para outros sistemas energizados, sem violar restrições de operações e de projeto. Isso é uma busca constante das empresas concessionárias em atender a satisfação dos clientes e da adequação aos índices de continuidade de serviços impostos pelas agências reguladoras, no caso brasileiro a ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica). Neste trabalho propõe-se uma técnica para melhorar a confiabilidade de sistemas de distribuição, através da alocação de chaves automáticas para restauração desses sistemas. O problema de alocação de chaves é modelado como um problema de programação não linear restrito, com uma função multiobjetivo. A técnica de solução proposta para resolver tanto o problema de alocação de chaves como o de restauração de sistemas radiais de distribuição é um algoritmo de busca tabu reativa (BTR). Para introduzir a metodologia proposta para solução dos problemas de alocação de chaves e restauração de sistemas de distribuição, são apresentados os aspectos teóricos destes problemas, o sistema de codificação que representa soluções potenciais para o problema, e permite que o mesmo seja resolvido através de meta-heurísticas e o desenvolvimento do trabalho de pesquisa para o planejamento da operação e controle on line de um sistema real / Abstract: The restoration of electric power system is the search for the best topology with the largest number of loads and restored fewest switching. The operating limits must be respected, in other words, the network must maintain the radial structure, voltage limits and capacity loads of feeders and substations should not be violated. Thus one aim of the procedure of restoration of service in electric power systems is re-energized the most charges out of service in the shortest time possible, and the transfer of these areas to other systems energized, without violating restrictions on operations and constructions. This is a constant search for businesses to meet customer satisfaction and the suitability indices of continuity of services imposed by regulatory agencies, in Brazil, ANEEL (National Agency of Electrical Energy). This paper proposes a technique to improve the reliability of distribution systems, through the allocation of keys for automatic restoration of such systems. The problem of allocation of keys is modeled as a problem of constrained nonlinear programming with a multi-objective function. The technical solution proposed to solve both the problem of assigning keys to the restoration of radial distribution systems is an algorithm of reactive tabu search (RTS). To introduce the proposed methodology for solving problems of allocation of keys and restoration of distribution systems, be present the theoretical aspects of these problems, the coding system that represents potential solutions to the problem, and allows it to be resolved by metaheuristics and development of research work for the planning of the operation and control an online real system / Mestre

Este trabalho apresenta uma variação do problema de roteamento de veículos que permite o uso de veículos com múltiplos compartimentos. A necessidade de veículos com múltiplos compartimentos surge com frequência em aplicações práticas quando uma série de produtos, que possuem diferentes qualidades ou tipo, precisam ser transportados mas não podem ser misturados. Este problema é chamado na literatura de roteamento de veículos com múltiplos compartimentos (PRVMC). Nós propomos uma heurística busca tabu implementada em uma busca local iterada para resolver este problema. Experimentos foram feitos para avaliar a performance da busca tabu iterada e os resultados obtidos foram comparados com os resultados disponíveis na literatura. O algoritimo proposto é capaz de encontrar soluções melhores e em menos tempo de processamento que as heurísticas existentes. / We study a variant of the vehicle routing problem that allows vehicles with multiple compartments. The need for multiple compartments frequently arises in practical applications when there are several products of different quality or type, that must be kept or handled separately. The resulting problem is called the multi-compartment vehicle routing problem (MCVRP). We propose a tabu search heuristic and embed it into an iterated local search to solve the MCVRP. In several experiments we analyze the performance of the iterated tabu search and compare it with results from the literature. We find that it consistently produces solutions that are better than existing heuristic algorithms.

Escalonamento de processos é um tipo de problema de otimização combinatória no qual devemos alocar máquinas à tarefas por períodos específicos de tempo. A literatura contém diversos estudos propondo técnicas para resolver modelos de escalonamento de processos como o job shop e o open shop. Esses modelos permitem que os passos no processo produtivo sejam ou completamente ordenados ou sem ordenação alguma. Com o aumento da complexidade das aplicações industriais no encontramos, mais recentemente, diversos trabalhos que propõe problemas de escalonamento de processos mais gerais para modelar mais precisamente os processos produtivos. O mixed shop, group shop e partial shop são exemplos de tais modelos. Nesse trabalho nós propomos uma busca tabu iterada para o partial shop, que é um modelo geral que inclui diversos modelos mais restritivos. Os componentes novos mais importantes da técnica são o gerador de solução inicial, a vizinhança e o limite inferior para a vizinhança. Em experimentos computacionais nós conseguimos demonstrar que a heurística genérica e única é capaz de competir, e as vezes superar, as técnicas de estado de arte desenvolvidas especificamente para partial, open, mixed e group shop. Algumas vezes uma máquina é o gargalo de um processo produtivo, e é replicada. Na literatura o caso das máquinas paralelas foi incluído em diversas extensões de problemas de escalonamento de processos. Nessa tese nós também propomos uma técnica para escalonar as máquinas paralelas, sem incluí-las explicitamente na representação do problema. Nós usamos técnicas gerais para os casos sem máquinas paralelas para produzir uma busca heurística tabu rápida, e estado da arte, para o caso do job shop com máquinas paralelas. / Shop scheduling is a combinatorial optimization type of problem in which we must allocate machines to jobs for specific periods time. A set of constraints defines which schedules are valid, and we must select one that minimizes or maximizes an objective function. In this work we use the makespan, which is the time the last job finishes. The literature contains several studies proposing techniques to solve shop problems such as the job shop and open shop. These problems allow the steps of the production processes to be either fully ordered or not ordered at all. With increasing complexity and size of industrial applications we find, more recently, several works which propose more general shop problems to model the production processes more accurately. The mixed shop, group shop and partial shop are examples of such problems In this work we propose an iterated tabu search for the partial shop, which is a general problem and includes several other more restrictive shop problems. The most important novel components of the solver are the initial solution generator, the neighbourhood, and the lower bound for the neighbourhood. In computational experiments we were able to show that the general partial shop solver is able to compete with, and sometimes surpass, the state-of-the-art solvers developed specifically for the partial, open, mixed and group shops. Sometimes a machine is a bottleneck in the production process, and is replicated. In the literature the parallel machines case has being included in several extensions of shop problems. In this thesis we also propose a technique to schedule the parallel machines heuristically, without including them explicitly in the representation of the problem. We use general techniques for the non-parallel machine cases to produce a fast tabu search heuristic results for the job shop with parallel machines.

Os problemas logísticos estão se apoiando de forma bastante expressiva na pesquisa operacional a fim de obter uma maior eficiência em suas operações. Dentre os vários problemas relacionados à designação de veículos em um sistema logístico, o de escalonamento de veículos com múltiplas garagens, MDVSP (Multiple Depot Vehicle Scheduling Problem), vem sendo abordado em diversas pesquisas. O MDVSP pressupõe a existência de garagens que interferem no planejamento das sequências com as quais as viagens devem ser executadas. Frequentemente, métodos exatos não podem resolver as grandes instâncias encontradas na prática e, para poder levá-las em consideração, várias abordagens heurísticas estão sendo desenvolvidas. O principal objetivo deste trabalho, portanto, foi solucionar o MDVSP através de uma heurística utilizando o método de busca-tabu. A principal motivação para a realização deste trabalho surgiu a partir da indicação de que apenas recentemente o uso de meta-heurísticas está sendo aplicado ao MDVSP (Pepin et al. 2008) e das limitações elencadas no estudo de Rohde (2008), o qual utilizou o algoritmo branch-and-bound em uma das etapas da heurística apresentada para resolver o problema, o que fez aumentar o tempo de resolução do problema. O método de pesquisa para solução deste problema foi baseado em adaptações das tradicionais técnicas de pesquisa operacional, e propiciou a resolução do MDVSP apresentando resultados bastante competitivos quanto ao custo da função objetivo, número de veículos utilizados e tempo computacional necessário. / Currently the logistical problems are relying quite significantly on Operational Research in order to achieve greater efficiency in their operations. Among the various problems related to the vehicles scheduling in a logistics system, the Multiple Depot Vehicle Scheduling Problem (MDVSP) has been addressed in several studies. The MDVSP presupposes the existence of depots that affect the planning of sequences to which travel must be performed. Often, exact methods cannot solve large instances encountered in practice and in order to take them into account, several heuristic approaches are being developed. The aim of this study was thus to solve the MDVSP using a meta-heuristic based on tabu-search method. The main motivation for this work came from the indication that only recently the use of meta-heuristics is being applied to MDVSP context (Pepin et al. 2008) and, also, the limitations listed by Rohde (2008) in his study, which used the branch-and-bound in one of the steps of the heuristic presented to solve the problem, which has increased the time resolution. The research method for solving this problem was based on adaptations of traditional techniques of Operational Research, and provided resolutions presenting very competitive results for the MDVSP such as the cost of the objective function, number of vehicles used and computational time.

O desenho e a gestão de uma cadeia de suprimentos apresentam-se, hoje, como um dos problemas mais importantes e de difícil resolução encontrado pelos gestores. A gestão da cadeia de suprimentos é uma das áreas de maior interesse da Pesquisa Operacional aplicada, buscando determinar a melhor estratégia de produção, transporte e estoque com menor custo e tempo possíveis. Esta dissertação apresenta os resultados de um estudo que objetivou implementar e avaliar uma heurística baseada em Busca Tabu para otimização de uma rede de cadeia de suprimentos. Para tanto, foi utilizada uma modelagem single-source proposta por Farias e Borenstein (2012). O problema foi resolvido com uma adaptação do método de Lee e Kwon (2010), buscando por meio de operações de troca de centros de distribuição (CDs) e arcos encontrar a configuração de menor custo para uma rede de cadeia de suprimentos. Foram resolvidas as 22 instâncias propostas por Farias e Borenstein (2012) e os resultados comprovam que, para esses cenários, o método aplicado teve um bom desempenho computacional, obtendo resultados com uma redução de 81,03% no tempo médio de processamento; contudo, as soluções obtidas pela heurística apresentaram custos médios 4,98% superiores aos resultados ótimos. Por fim, o problema foi resolvido para outras quatro instâncias com características reais, comprovando a eficiência da heurística para problemas de grande escala, visto que todas as soluções foram obtidas em um tempo inferior a 2 minutos de processamento. / The design and supply chain management are currently one of the most important and difficult problems encountered by business managers. Supply chain management is one of the most engaging areas in applied Operations Research, which seeks to determine the best strategy regarding production, shipping and storage at the lowest cost and shortest time possible. This thesis shows the results of a research that aimed to implement and evaluate a heuristic based on Tabu Search to optimize a supply chain network. For this purpose, a single-source model proposed by Farias and Borenstein (2012) was used. The problem was solved by adapting the Lee and Kwon method (2010), exchanging distribution centers (DCs) and arcs, to find the lowest cost for a supply chain network. Twenty two instances proposed by Farias and Borenstein (2012) were resolved and the results indicate that, for these scenarios, the applied method had a good computational performance, getting results with 81.03% of reduction in the average processing time. However, there was an increase of 4.98% in the average cost of the solutions obtained through the heuristic method when compared to the optimal results. Finally, the problem was solved for four other instances with real features, proving the efficiency of the heuristic for large-scale problems, since all solutions were obtained in a time less than 2 minutes of processing.