不确定环境下项目调度方法的研究与实现

论文摘要

有效的项目管理是提高企业竞争力的重要途径,其核心内容是项目调度和控制。以往的关于项目调度的研究主要集中在理想的调度环境中,一般以确定性的数学模型为基础,与实际的项目调度环境存在很大差别。项目的执行环境中往往存在着很多动态不确定因素,如任务工期变动、交付期变更等。如何在项目调度中考虑这些不确定因素,已经成为解决实际问题的关键。动态不确定环境下的项目调度问题,其求解难度远远超过确定性调度问题,使得以往的研究方法难以直接应用,对问题的求解提出了更高的要求。项目调度的目标是指导实际生产过程。产品开发项目以单件小批量为生产方式,在项目调度中侧重于过程管理,不可能脱离项目的业务过程和其中的管理要素,需要依托合理有效的项目管理来实现。因此有必要对产品开发项目的业务过程和项目管理进行分析和建模,从而有效地应用调度方法,提升产品开发项目的执行力。本文将影响项目执行的不确定因素归结为时间不确定性,针对时间不确定条件下的项目调度方法进行研究,主要研究内容和成果概括如下:1)首先研究了确定性资源受限的项目调度问题。提出了启发式的迭代局部搜索方法,设计了避免无用搜索的措施,采用对齐技术提高局部搜索能力,并且设计2个摄动方法加强跳出局部最优的能力。仿真实验证明该方法可以有效提高解的质量。确定性RCPSP的调度结果作为基线调度方案,是后续的不确定调度方法的基础。2)对随机工期情况下的资源受限项目调度问题进行研究,调度的目标是获得任务的最优执行序列。采用基于任务的优先策略设计了启发式方法,在采用随机工期向量的仿真中获得了较好效果。通过将最早开始策略和基于资源的优先策略结合,并设计两种资源弧的确定方法,分别提出资源弧的随机采样方法和非标准的GA方法,从而进一步提高了求解质量。3)以方案鲁棒性为目标研究了前馈调度方法,通过前馈调度方案吸收一部分已知的干扰因素。以未考虑工期不确定性的基线调度方案为基础,设计了一体化寻优的前馈调度过程。将基线方案优化过程与时间缓冲区的设置过程合二为一,提出了缓冲串行调度生成方案,并且通过替代目标函数简化稳定性指标的估算,从而降低了中间过程的计算复杂性。仿真实验结果证明了方法的有效性。4)研究了项目执行过程中的反应式调度方法,反应式调度过程致力于在项目执行过程中对未能预知的干扰进行应对。结合反应式策略和调度生成方案,分别提出了基于粒子群优化的元启发式算法和启发式搜索方法,设计4个局部搜索方法提高求解质量,从而解决反应式调度修复问题。仿真测试表明该反应式过程可以满足调度修复的简单快捷要求。5)针对产品开发项目中的业务过程及其中的管理要素,将业务过程中的技术和管理集成,采用项目模板对任务管理进行规范化。指出风险管理在项目计划、调度和控制阶段的不同作用,在调度中考虑设计任务的返工可能性,采用了扩展的优先级计算方式。对产品开发项目管理和项目调度的业务过程、项目调度用例模型、数据模型等进行分析和建模,并对项目管理和调度的部分功能进行了实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究思路和内容
• 1.3 定义和假设
• 1.4 文章的组织
• 第2章 相关研究综述
• 2.1 不确定环境下的项目调度
• 2.2 反应式调度
• 2.2.1 反应式调度方法
• 2.2.2 反应式调度中的稳定性
• 2.3 随机资源受限项目调度
• 2.3.1 随机调度策略
• 2.3.2 随机调度方法
• 2.4 前馈调度
• 2.4.1 关键链调度
• 2.4.2 方案鲁棒性的启发式方法
• 2.4.3 基于资源缓冲的方法
• 2.5 模糊项目调度
• 2.6 偏序调度
• 2.7 应急调度
• 2.8 产品开发项目管理和项目调度
• 2.9 本章小结
• 第3章 确定性资源受限项目调度方法研究
• 3.1 RCPSP问题模型
• 3.2 调度生成方案
• 3.3 对齐
• 3.4 基于迭代局部搜索的求解方法
• 3.4.1 迭代局部搜索
• 3.4.2 解和邻域
• 3.4.3 基于ILS的方法描述
• 3.4.4 复杂性分析
• 3.5 仿真实验
• 3.5.1 参数设置
• 3.5.2 算法结果及比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 随机资源受限项目调度方法研究
• 4.1 随机资源受限项目调度问题
• 4.2 不可追溯约束和不可预期约束
• 4.3 调度策略
• 4.4 基于任务的优先策略的启发式方法
• 4.4.1 总体描述
• 4.4.2 初始调度序列的生成
• 4.5 资源弧的随机采样方法
• 4.5.1 资源弧
• 4.5.2 方法描述
• 4.6 资源弧的GA方法
• 4.6.1 资源弧的确定方法
• 4.6.2 资源弧的GA优化过程
• 4.7 仿真实验
• 4.7.1 实验设置
• 4.7.2 仿真实验
• 4.8 本章小结
• 第5章 方案鲁棒的前馈调度方法研究
• 5.1 前馈调度的模型
• 5.2 基于时间缓冲的启发式方法
• 5.3 缓冲串行调度生成方案
• 5.4 替代目标函数
• 5.5 获得稳定的前馈调度方案
• 5.5.1 总体描述
• 5.5.2 前馈调度方案的生成
• 5.5.3 局部优化
• 5.6 仿真实验
• 5.6.1 实验设置
• 5.6.2 仿真实验
• 5.7 本章小结
• 第6章 项目执行过程中的反应式调度方法研究
• 6.1 反应式调度方法
• 6.2 随机环境下的多阶段决策过程
• 6.3 反应式调度生成方案
• 6.3.1 随机串行调度生成方案
• 6.3.2 鲁棒调度生成方案
• 6.4 反应式调度的优先规则
• 6.5 反应式调度问题的PSO求解
• 6.5.1 粒子群算法
• 6.5.2 粒子的表示
• 6.5.3 惯性权重
• 6.5.4 粒子的位置分量确定方法
• 6.5.5 反应式调度的PSO解决方法
• 6.6 反应式调度的启发式搜索方法
• 6.6.1 总体描述
• 6.6.2 生成初始解集
• 6.6.3 局部搜索过程
• 6.7 仿真实验
• 6.7.1 测试调度生成方案
• 6.7.2 启发式方法的测试
• 6.8 本章小结
• 第7章 面向产品开发的项目管理和项目调度
• 7.1 产品开发过程
• 7.2 产品开发任务特点和分层管理
• 7.3 贯穿项目生命周期的项目风险管理
• 7.3.1 项目计划阶段
• 7.3.2 项目调度和控制阶段
• 7.4 产品开发项目管理和项目调度的建模
• 7.4.1 组织模型
• 7.4.2 业务过程模型
• 7.4.3 用例分析
• 7.4.4 对象类模型
• 7.4.5 体系架构
• 7.5 系统开发与实现
• 7.5.1 项目模板
• 7.5.2 项目定义和任务分解
• 7.5.3 项目调度
• 7.5.4 风险管理
• 7.5.5 项目的集成工作区
• 7.6 本章小结
• 第8章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文