Aula Prática Pesquisa Operacional: Simulação

Roteiro de Aula Prática – Pesquisa Operacional: Simulação

A Aula Prática – Pesquisa Operacional: Simulação é um relatório acadêmico de aula prática, utilizado como portfólio, elaborado conforme o modelo institucional de roteiro de aula prática adotado no ambiente virtual das universidades Anhanguera e Unopar. Trata-se de um material totalmente respondido, que apresenta todas as etapas exigidas para a entrega da atividade prática da disciplina de Pesquisa Operacional, seguindo a estrutura formal e os critérios avaliativos estabelecidos.

 

Aula prática Pesquisa operacional: simulação

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA: PESQUISA OPERACIONAL: SIMULAÇÃO

Unidade: U1_ INTRODUÇÃO À SIMULAÇÃO EM PO
Aula: A3_O USO DO SOFTWARE ARENA EM SIMULAÇÃO

OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Construção de modelos de simulação com auxílio do software Arena.

SOLUÇÃO DIGITAL:
Software ARENA
Para essa prática será necessário utilizar o software de simulação ARENA.
Link para download do ARENA:
https://paragon.com.br/download-arena/.
OBS: Preencha os campos solicitados e clique em “BAIXAR VERSÃO TRIAL DO ARENA”
Link com as instruções de instalação do ARENA:
https://help.paragon.com.br/portal/en/kb/articles/arena-instala%C3%A7%C3%A3o-arena
16-10.
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Criar modelo de simulação utilizando o ARENA.

Atividade proposta:
Analisar o problema proposto, construir o modelo de simulação no software ARENA

Procedimentos para a realização da atividade:
Problema para a atividade (simulação no software ARENA):

Considere a seguinte situação:

Público
Navios chegam a um porto a intervalos segundo uma distribuição exponencial de média 8 horas
e gastam para descarregar segundo uma função triangular com tempo mínimo de 3 horas, tempo
mais provável de 5 horas e tempo máximo de 10 horas.
Com base nesses dados e informações, construa o modelo no ARENA e realize uma simulação
para 24horas.

Avaliando os resultados:
1. Construa o modelo de simulação da atividade proposta no software ARENA.;
2. Insira os dados fornecidos na atividade em cada bloco.
3. Faça a simulação para 24horas e encontre o resultado.

Checklist:
o Ler e analisar atentamente o problema;
o Criar o diagrama de blocos no ARENA (Blocos: Create, Process e Dispose);
o Inserir os dados em cada bloco (ou módulo) com os valores fornecidos na atividade;
o Rodar a simulação.

Procedimento/Atividade nº 2
Criar modelo de simulação utilizando o ARENA.

Atividade proposta:
Analisar o problema proposto, construir o modelo de simulação no software ARENA

Procedimentos para a realização da atividade:
Problema para a atividade (simulação no software ARENA):

Considere a seguinte situação:

Uma empresa fabrica dois tipos de produtos (A e B) por processos independentes.
Ambos os produtos passam por um mesmo posto de inspeção de qualidade cujo tempo
de atuação é TRIA (0,5;1;1,5) horas e depois, caso sejam reprovados na inspeção,
seguem para o departamento de reparo cujo tempo de atuação é TRIA (0,2;0,5;1) horas.
Sabendo que o índice de chegada dos produtos do tipo A ao departamento de inspeção
obedece Expo(1) hora e o índice de chegada dos produtos do tipo B ao departamento
de inspeção obedece Expo(2) hora.
Considere que 70% do total de produtos são aprovados na inspeção. Os produtos reprovados
vão para o reparo.
Simule 24 horas de produção e analise o processo.

RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações
obtidas nos experimentos, envie prints: do modelo construído no ARENA; dos dados inseridos
em cada módulo (ou bloco); do modelo ao final da simulação de 24horas (com os valores que
ficou em cada bloco) das duas atividades (A e B)
O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Não se esqueça de resolver o que é solicitado no “Avaliando o resultado” e
documentar a atividade prática.
Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Como resultados desta atividade será possível analisar um problema de simulação aplicado à
logística portuária, estruturar corretamente o modelo no software ARENA, parametrizando
distribuições de chegada e tempo de serviço conforme os dados fornecidos, executar a simulação
para o período estabelecido e interpretar os resultados obtidos, desenvolvendo habilidades
práticas de modelagem computacional, tomada de decisão baseada em cenários e compreensão
dos impactos operacionais de diferentes variáveis no processo.

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA: PESQUISA OPERACIONAL: SIMULAÇÃO

Unidade: U2_ PROGRAMAÇÃO DINÂMICA E PROGRAMAÇÃO NÃO LINEAR
Aula: A1_PROGRAMAÇÃO DINÂMICA

OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Construção de modelos de simulação com auxílio do software Arena.

SOLUÇÃO DIGITAL:
Pacote Office
Para essa prática será necessário utilizar o pacote office (Word ou Excel)
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Resolver o problema proposto por meio da programação dinâmica.

Atividade proposta:
Analisar o problema proposto, resolver pela programação dinâmica pelo tipo Regressivo.

Procedimentos para a realização da atividade:
Determine o caminho mais curto do nó 1 ao nó 11 utilizando Programação Dinâmica.

Resolver pelo tipo Regressivo, ou seja, iniciar pelo estágio 4.
Avaliando os resultados:
1. Subdividir o problema em estágios que no exercício serão 4 estágios
2. Para resolver pelo tipo Regressivo, deve-se iniciar pelo último estágio evoluindo a resolução
até o estágio inicial, observado as distâncias dadas entre os nós
3. Como o problema é identificar o Caminho mais curto a decisão deve ser pela menor distância
entre os nós.
4. Tabular a decisão ótima encontrada em cada estágio

Checklist:
o Ler e analisar atentamente o problema;
o Iniciar a solução pelo estágio 4, ontando a tabela de decisão.
o Montar a tabela de decisão do estágio 3;
o Montar a tabela de decisão do estágio 2;
o Montar a tabela de decisão do estágio 1;
o Verificar e indicar qual o menor caminho (que é a soma de todos os estágios com o
menor caminho), ou seja, indicar os nós do menor caminho.

RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações
obtidas na atividade, em que deve conter a resolução do problema, mostrando o problema
subdividido em estágios e as tabelas de decisão de cada estágio, além de indicar quais “nós”
contemplam o caminho mais curto.

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Público
O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Não se esqueça de resolver o que é solicitado no “Avaliando o resultado” e
documentar a atividade prática.
Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Como resultados desta atividade espera-se que o estudante seja capaz de solucionar problemas
de Pesquisa Operacional pela Programação Dinâmica.

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA: PESQUISA OPERACIONAL: SIMULAÇÃO

Unidade: U2_ PROGRAMAÇÃO DINÂMICA E PROGRAMAÇÃO NÃO LINEAR
Aula: A2_ INTRODUÇÃO À PROGRAMAÇÃO NÃO LINEAR
Aula: A3_ TIPOS DE PROGRAMAÇÃO NÃO LINEAR

OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Construção de modelos matemáticos de problemas de Progrmação Não-Linear;
Utilizar planilha Excel para resolver problemas de Programação Não-Linear.

SOLUÇÃO DIGITAL:
Pacote Office
Para essa prática será necessário utilizar o pacote office (Word e Excel)
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Criar modelos matemáticos para problemas de programação Não-Linear

Atividade proposta:
Analisar os problemas propostos, construir os modelos matemáticos de programação Não
Linear

Procedimentos para a realização da atividade:
Problema (A):
Modelagem de problemas de PNL
Exercício extraído de FÁVERO e BELFIORI. Pesquisa Operacional para cursos de engenharia.
Rio de Janeiro: Elsevier, 2013. Página 461 (exercício 3).
Uma empresa de telefonia está produzindo celulares de última geração. O custo de cada aparelho
é de R$ 30,00. Supondo que x unidades sejam produzidas, cada unidade poderá ser vendida por
100 – x reais (0 ≤ x ≤ 100).
Formule o problema de programação não-linear que busca maximizar o lucro da empresa.

Problema (B):
Modelagem de problemas de PNL

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Público
Exercício extraído de FÁVERO e BELFIORI. Pesquisa Operacional para cursos de engenharia.
Rio de Janeiro: Elsevier, 2013. Página 461 (exercício 4).
Uma chocolataria mineira abrirá três lojas em São Paulo e deseja determinar o preço exato das
trufas que devem varia de R$ 2,00 a R$ 4,00. O departamento de marketing estima, para cada
loja, a demanda de trufas em função do preço (x), conforme mostram as equações da tabela. O
custo de produzir as trufas é de R$ 1,00 para todas as lojas. Busca-se, portanto, determinar o
preço das trufas que maximize o lucro.
Modele o problema da chocolataria.

Demanda
Loja 1 Loja 2 Loja 3
2 9 32 150 x x =− + + 2 2 4 80 x x =− − + 2 6 3 148 x x =− − +

Avaliando os resultados:
1. Indique o que representa a variável x em cada problema;
2. Construa a função objetivo de cada problema (A e B).;
3. Construa as restrições de cada problema (A e B).
4. Resolva e justifique os Problemas A e B.

Checklist:
o Ler e analisar atentamente o problema;
o Indicar o que representa a variável “x” em cada problema;
o Construir o modelo matemático de cada problema, identificando a função objetivo
(maximizar ou minimizar) e as restrições.

Procedimento/Atividade nº 2
Resolver problema de programação Não-Linear pelo Solver (Excel)

Atividade proposta:
Analisar o problema proposto de programação Não-Linear e resolver pelo Solver (Excel)

Procedimentos para a realização da atividade:
A empresa Sabor & Degust do setor alimentício está planejando abrir uma nova fábrica que irá
abastecer quatro centros de distribuição. Os centros de distribuição estão localizados em Curitiba,
Barueri, Cabo Frio e Viçosa e as respectivas coordenadas (x,y) no plano cartesiano estão

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Público
ilustradas na Figura 1. Deseja-se determinar o local ótimo no plano cartesiano para a instalação
da nova fábrica, de modo que a soma das distâncias percorridas da fábrica em relação a cada
um dos centros de distribuição seja minimizada. Por razões logísticas, a distância da fábrica para
cada centro de distribuição não pode ser maior do que 10, com exceção de Cabo Frio que é no
máximo 3. Modele o problema de localização da empresa Sabor & Degust.
Figura 1 – Coordenadas dos centros de distribuição no plano cartesiano.

Fonte: Fávero; Belfiore, 2012.
A função objetivo busca minimizar a soma das distâncias percorridas da fábrica em relação a
cada um dos i centros de distribuição:
�
�𝑜𝑏𝑗=min𝑍=∑√(𝑥𝑖−𝑥𝑗)2+(𝑦𝑖−𝑦𝑗)2
4
𝑖=1

min𝑍=√(1−𝑥𝑗)2+(1−𝑦𝑗)2+√(2−𝑥𝑗)2+(3−𝑦𝑗)2+√(5−𝑥𝑗)2+(2−𝑦𝑗)2+√(3−𝑥𝑗)2+(5−𝑦𝑗)2
Restrições:
√(1−𝑥𝑗)2+(1−𝑦𝑗)2≤10 (𝐶𝑢𝑟𝑖𝑡𝑖𝑏𝑎)
√(2−𝑥𝑗)2+(3−𝑦𝑗)2≤10 (𝐵𝑎𝑟𝑢𝑒𝑟𝑖)
√(5−𝑥𝑗)2+(2−𝑦𝑗)2≤3 (𝐶𝑎𝑏𝑜 𝐹𝑟𝑖𝑜)
√(3−𝑥𝑗)2+(5−𝑦𝑗)2≤10 (𝑉𝑖ç𝑜𝑠𝑎)
Portanto, utilize o Solver para resolver este problema.
Monte o problema no excel, conforme a Figura 2:
Figura 2 – Representação em Excel do problema da empresa Sabor & Degust.

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Público

Fonte: Fávero; Belfiore, 2012.

Avaliando os resultados:
1. Monte o problema no excel conforme Figura 2;
2. Insira as equações nas células E4, E5, E6, E7 e D11;
3. Acione o solver e preencha os parâmetros (“Definir objetivo”; “Para”; “Alterando células
variáveis”; Sujeito às Restrições”);
4. Selecione o método “GRG Não Linear”.

Checklist:
o Ler e analisar atentamente o problema;
o Montar o problema no excel;
o Inserir as equações nas células E4, E5, E6, E7 e D11;
o Acionar e preencher os parâmetros no Solver (Excel);
o Resolver pelo método “GRG Não Linear” no Solver;

RESULTADOS
Resultados do experimento Procedimento/Atividade nº 1:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo o modelo
matemático dos Problemas (A e B), identificando a função objetivo e as restrições de cada
problema.
O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Não se esqueça de resolver o que é solicitado no “Avaliando o resultado” e
documentar a atividade prática.
Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Como resultados desta o estudante estará apto a modelar problemas de Programação Não
Linear.

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Público
RESULTADOS
Resultados do experimento Procedimento/Atividade nº 2:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo os prints: da planilha
do excel preenchida de forma inicial; das equações utilizadas nas células E4, E5, E6, E7 e D11;
dos parâmetros do Solver devidamente preenchidos; da planilha com o resultado final após a
resolução pelo Solver;
O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Não se esqueça de resolver o que é solicitado no “Avaliando o resultado” e
documentar a atividade prática.
Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Como resultados desta o estudante estará apto a resolver problemas de Programação Não-Linear
pelo Solver (Excel).

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Público
ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA: PESQUISA OPERACIONAL: SIMULAÇÃO

Unidade: U3_ MARKOV, FILAS E SIMULAÇÃO DE MONTE CARLO
Aula: A2_ TEORIA DAS FILAS – SIMULAÇÃO

OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Analisar problemas de filas e calcular as medidas de desempenho do sistema

SOLUÇÃO DIGITAL:
Pacote Office
Para essa prática será necessário utilizar o pacote office (Word ou Excel)
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Resolução de exercício de teoria das filas

Atividade proposta:
Analisar os problemas propostos e resolver.

Procedimentos para a realização da atividade:
Problema (A):
O caixa de um restaurante fast-food, nos horários de pico, recebe, em média, dois clientes a cada
minuto. A chegada dos clientes nesses horários obedece à distribuição de Poisson.
Qual é a probabilidade de que, em um dado minuto, o caixa receba:
a) nenhum cliente?
b) dois clientes?
c) três clientes ou menos?

Problema (B):
Uma certa oficina mecânica possui um mecânico que é capaz de instalar novos silenciadores a
uma média de 3/hora conforme uma distribuição exponencial. Clientes demandam esse serviço
a uma taxa de 2/hora conforme uma distribuição de Poisson. Os clientes são atendidos de acordo
com a regra FCFS (First come, First Served) ou FIFO (First in, First out – Primeiro que entra,
primeiro que sai) e sua população pode ser considerada infinita.

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Público
Determinar as medidas de desempenho deste sistema:
• A taxa de ocupação do sistema (taxa de ocupação do mecânico)
• O número médio de clientes na oficina.
• O número médio de clientes na fila.
• O tempo médio gasto no sistema
• O tempo gasto pelo cliente na fila
• Qual a probabilidade de haver 3 carros na oficina.

Avaliando os resultados:
1. Resolva as perguntas do problema A utilizando a metodologia da teoria das filas.
2. Resolva as medidas de desempenho solicitadas no problema B utilizando a metodologia da
teoria das filas

Checklist:
o Ler e analisar atentamente os problemas A e B;
o Determinar as alternativas do problema A;
o Determinar o que se pede no Problema B;

RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo a resolução das
atividades (A) e (B), identificando a resolução do que se pede em cada problema.
O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Não se esqueça de resolver o que é solicitado no “Avaliando o resultado” e
documentar a atividade prática.
Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Como resultados desta o estudante estará apto a calcular as medidas de desempenho de um
sistema de fila.

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Público
ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA: PESQUISA OPERACIONAL: SIMULAÇÃO

Unidade: U4_ TEORIA DOS JOGOS E ANÁLISE DE DECISÃO
Aula: A1_ TEORIA DOS JOGOS

OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Saber resolver problemas de pesquisa operacional que envolvam o Teoria dos jogos;

SOLUÇÃO DIGITAL:
Pacote Office
Para essa prática será necessário utilizar o pacote office (Word ou Excel)
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade nº 1
Resolução de exercício de Teoria dos Jogos

Atividade proposta:
Analisar os problemas propostos e resolver.

Procedimentos para a realização da atividade:
Problema (A):
Encontre o ponto de sela para um jogo com a seguinte tabela de prêmios

Use o critério do minimax para encontrar a melhor estratégia para cada jogador.

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Público
• Esse jogo possui um ponto de sela?
• Esse é um jogo estável?

Problema (B):
Em breve, dois políticos começarão suas campanhas um contra o outro na disputa por
determinado cargo político. Cada um deles tem de escolher a questão principal que enfatizará
como tema da campanha. Cada um deles tem três questões vantajosas para escolher, mas a
eficiência relativa de cada um depende do assunto escolhido pelo oponente. Em particular, o
aumento estimado em termos de votos para o político 1 (expresso na forma de porcentagem dos
votos totais) resultante de cada combinação de temas é como se segue:

Entretanto, por causa da carga de trabalho considerável da equipe para pesquisar e formular o
tema escolhido, cada político tem de fazer sua escolha antes de saber da escolha do oponente.
Que tema ele deve escolher?
Para cada uma das situações aqui descrita, formule esse problema para determinar qual tema
deve ser escolhido a cada político de acordo com o critério especificado.

Avaliando os resultados:
1. Monte uma nova tabela para cada problema e utilize o critério Minimax
2. Resolva as perguntas de cada problema (A e B), identificando qual é a melhor estratégia em
cada Problema.
3. Explicar como escolheu suas estratégias

Checklist:
o Ler e analisar atentamente o problema;
o Utilizar o critério minimax;

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Público
o Montar uma nova tabela com os menores valores de cada linha e os maiores valores
de cada coluna;
o Escolher qual a melhor estratégia para o jogador A e a melhor estratégia para o
Jogador B.
o Explicar como escolheu as estratégias;

RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo a resolução das
atividades (A) e (B), pelo método Minimax, com uma nova tabela, com as respostas das perguntas
de cada problema de forma justificada.
O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Não se esqueça de resolver o que é solicitado no “Avaliando o resultado” e
documentar a atividade prática.
Referências bibliográficas ABNT (quando houver).

Aula prática Pesquisa operacional: simulação