Sistema computacional de resolução de problemas timetabling, baseado em modelos de CSP. Estudo de caso: aplicação no contexto de docência da UnB campus FCTE

Abstract

Este Trabalho de Conclusão de Curso apresenta o desenvolvimento de um algoritmo para a gestão automatizada de horários de docentes na Faculdade de Ciências e Tecnologias em Engenharia (FCTE) da Universidade de Brasília (UnB), utilizando modelos de satisfação de condições. O processo tradicional de elaboração de horários, caracterizado por sua complexidade e propensão a erros, revela-se ineficiente, demandando uma solução que alieotimização e precisão. O algoritmo proposto emprega técnicas avançadas de Programação por Restrições (Constraint Programming – CP) para gerar grades horárias que atendam às múltiplas restrições do ambiente acadêmico, como a demanda por disciplinas, a disponibilidade de salas e a alocação de horários. A metodologia adotada envolveu o levantamento detalhado dos requisitos do sistema, a modelagem do problema, a implementação do algoritmo e sua validação com dados simulados do campus FCTE. A implementação foi realizada em Python, combinando backtracking com heurísticas para redução do espaço de busca, garantindo maior eficiência na solução do problema. Para facilitar a integração com outros serviços, o código foi encapsulado em uma API, permitindo a configuração dinâmica de disciplinas, docentes e salas, além da geração automatizada dos horários a partir das demandas recebidas. Para validar o algoritmo, foram realizados dois testes com diferentes escopos de tamanho. No Teste 1, foram utilizadas todas as disciplinas dos departamentos de Software e Ciências Naturais Aplicadas, totalizando 104 turmas e 408 slots disponíveis. A configuração do ambiente envolveu requisições aos endpoints de salas, disciplinas e demanda. O algoritmo levou aproximadamente 5 minutos para gerar a grade horária, demonstrando sucesso na implementação, mesmo sem validação com dados reais. No Teste 2, a quantidade de salas foi aumentada, resultando em 552 slots e permitindo a alocação de praticamente todas as disciplinas da FCTE. Com isso, foram geradas 377 turmas, abrangendo todos os departamentos. O tempo de execução subiu para 2 horas e 26 minutos, mas permaneceu dentro do limite de 24 horas, sendo mais eficiente que o processo manual. Os resultados indicam que o algoritmo reduz o tempo necessário para a elaboração das grades horárias e minimiza conflitos, tornando-se uma solução promissora para a otimização dos processos administrativos. Além disso, sua aplicabilidade pode ser estendida a outros departamentos e campi da UnB, contribuindo para a modernização da gestão acadêmica. A pesquisa também abre perspectivas para novas investigações sobre o uso da Programação por Restrições na resolução de desafios semelhantes em instituições de ensino superior.