面向产品开发的项目调度问题及项目管理系统研究

论文摘要

激烈的市场竞争环境要求企业不断地通过产品开发活动进行产品创新。对产品开发过程进行有效管理,提升产品开发过程的执行力,是企业提升创新能力,增强核心竞争力的关键。近年来与产品开发过程相关的研究比较多,但大都是对产品开发过程建模和分析,属于对过程的定性研究,不能直接用于对产品开发项目的计划与控制。产品开发过程一般都是通过项目的形式组织和实施的,项目管理技术在产品开发过程管理中发挥着关键作用。作为项目管理基础的网络计划技术,虽然在产品开发过程建模方面与其他几种技术相比有着明显的不足之处,但在产品开发过程的计划和控制方面却被广泛使用。基本的网络计划技术是一种单纯的时间优化技术,难以满足现代项目管理的需要。而基于网络计划技术进一步发展的项目优化调度问题则能够支持项目决策人员综合平衡项目资源、工期、成本和质量等多种因素,制定最优的项目计划。因此,将项目优化调度理论用于产品开发项目中,根据产品开发项目的特点建立相应的优化调度模型和算法,将能够有效地提高产品开发项目管理水平。另外,产品开发项目管理是一个企业级的业务过程,在执行过程中需要多种项目相关人的协同参与。但目前如PDM等产品开发支持工具主要支持技术人员进行设计和开发,其项目管理功能普遍较弱,往往只能够支持任务分配等简单功能。因此,有必要对产品开发项目管理的业务过程进行分析和建模,实现产品开发过程中技术与管理的集成,最终提升产品开发项目的信息支撑能力。本文采用系统工程的理论和方法,对产品开发项目的优化调度问题模型和算法进行研究,然后设计和开发产品开发项目管理信息系统。主要工作分为以下六个部分：1)对论文研究相关内容进行综述。查阅了大量的文献,对产品开发过程、项目管理、项目优化调度、项目管理信息系统等几个方面的研究和应用现状分别进行了综述；2)对以工期最短为目标的典型项目调度问题进行研究。采用对齐技术对传统的串行项目调度计划生成方案进行改进,然后设计了一种蚁群算法对典型的资源受限项目调度问题（Multi-mode Resource Constrained Project Schedule Problem, MMRCPSP）进行求解。为提升算法的通用性和性能,通过规则池管理和使用大量启发式规则。为每个蚂蚁设计单独的线程,且蚂蚁具有学习能力,可以在算法执行过程中选择性能更好的启发式规则。基于分支定界的方法排出不可行路径,从而蚂蚁个体具有一定的预判能力。最后利用PSPLIB标准问题对算法进行了大量的仿真测试,取得了令人满意的结果。3)面向产品开发项目的特点,对项目调度问题中的时间/成本平衡问题进行研究。将产品开发项目中的成本分为可更新资源成本和不可更新资源成本。可更新资源成本基于人力资源在项目期间的占用发生,不可更新资源成本在某些活动加班时发生。基于这种成本的计算方法,建立了一种产品开发项目的离散时间/成本平衡问题模型（Discrete Time/cost Tradeoff Problem, PD-DTCTP）。设计了该问题的求解算法,并验证了算法的有效性。基于一个完整的时间-成本曲线讨论了PD-DTCTP的优势。4)对产品开发项目的质量问题进行研究。应用质量功能展开方法（Quality Function Deployment Method, QFD）,提出了一种基于活动的项目质量计算方法。在PD-DTCTP的基础上,提出了一种面向产品开发项目的离散时间/成本/质量问题模型。设计了一种求解该问题的分支剪切算法。并设计了相应的求解算法。通过一个项目案例对模型和算法进行了验证。5)针对在产品开发项目中活动工期的不确定性,对关键链理论和应用方法进行研究。说明了产品开发项目中的关键链应该基于积极计划生成。提出了一种基于优先级的关键链生成方案,在该方案中,通过一个任务优先级列表,生成积极计划并查找关键链。建立了一种基于积极计划的关键链调度模型,并设计了求解该问题的一种遗传算法。6)对产品开发项目管理信息系统进行研究。研究了产品开发项目管理的可重构性,采用一种基于项目模板的方法实现产品开发项目管理的可重构。考虑各种项目相关人在产品开发项目中参与情况,并与PDM系统和工作流管理系统集成,对产品开发项目管理信息系统进行建模,包括组织模型、业务过程模型、系统用例模型和体系架构。最后予以开发实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究范围的界定
• 1.3 研究意义
• 1.4 研究思路
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 相关研究综述
• 2.1 产品开发过程的相关研究
• 2.2 项目管理的概念和研究方法
• 2.3 项目调度理论的研究现状
• 2.3.1 项目调度模型
• 2.3.2 项目优化调度算法
• 2.4 项目管理信息系统
• 2.5 本章小结
• 第3章 面向时间优化的项目调度问题研究
• 3.1 群智能算法及其在项目优化调度问题中的应用
• 3.2 扩展串行调度方案
• 3.3 基于蚁群算法的MMRCPSP问题求解
• 3.3.1 蚁群算法基本原理
• 3.3.2 MMRCPSP问题描述
• 3.3.3 编码方式和解构模型
• 3.3.4 蚂蚁个体行为与旅行过程
• 3.3.5 蚂蚁改变行为习惯的机制
• 3.3.6 蚂蚁的预判能力
• 3.3.7 状态转移评估机制
• 3.3.8 信息素更新机制
• 3.4 实验测试
• 3.4.1 实验环境和数据
• 3.4.2 算法参数的设定
• 3.4.3 算法不同配置比较
• 3.4.4 与其他算法计算结果比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 面向产品开发项目的离散时间/成本平衡问题研究
• 4.1 DTCTP和RLP介绍
• 4.1.1 DTCTP
• 4.1.2 资源水平问题
• 4.2 产品开发项目的成本特点
• 4.3 面向产品开发的离散时间/成本平衡问题模型
• 4.3.1 项目网络和基本假设
• 4.3.2 基于资源的成本计算方法
• 4.3.3 PD-DTCTP问题模型
• 4.4 求解算法
• 4.4.1 编码方案
• 4.4.2 解码过程
• 4.4.3 适值函数
• 4.4.4 选择算子
• 4.4.5 交叉算子
• 4.4.6 变异算子
• 4.4.7 仿真测试
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于质量功能展开的离散时间/成本/质量平衡研究
• 5.1 相关概念和研究现状
• 5.1.1 质量的定义
• 5.1.2 项目质量优化的相关研究
• 5.1.3 质量管理的相关技术
• 5.2 QFD技术及其与项目管理的关系定位
• 5.2.1 QFD介绍
• 5.2.2 QFD与项目管理
• 5.3 基于QFD的产品开发项目离散时间/成本/质量平衡问题
• 5.3.1 基本思路和假设
• 5.3.2 基于活动的计算方法
• 5.3.3 问题的数学模型
• 5.4 问题的求解算法
• 5.5 实例论证
• 5.6 本章小结
• 第6章 基于积极计划的关键链优化调度
• 6.1 关键链方法的理论基础
• 6.1.1 关键链方法的基本思想
• 6.1.2 关键链方法的基本步骤
• 6.1.3 关键链的管理艺术性
• 6.1.4 关键链的研究现状
• 6.2 基于积极计划的CCM计划生成方案
• 6.2.1 确定任务优先权
• 6.2.2 产生积极计划
• 6.2.3 确定关键链
• 6.2.4 确定非关键链
• 6.2.5 缓冲区的设置方法
• 6.3 关键链方法的优化调度模型
• 6.3.3 基于CCM的项目优化调度模型
• 6.4 求解算法
• 6.4.1 编码方式
• 6.4.2 解码方案
• 6.4.3 适值函数
• 6.4.4 基于位置的杂交
• 6.4.5 基于局部搜索的变异
• 6.4.6 评价与选择
• 6.4.7 初始种群的产生
• 6.5 试验仿真
• 6.6 本章小结
• 第7章 产品开发项目管理信息系统的研究与实现
• 7.1 产品开发项目的可重过程
• 7.2 产品开发项目技术与管理的集成
• 7.3 面向产品开发的项目管理信息系统建模
• 7.3.1 组织模型
• 7.3.2 业务过程模型
• 7.3.3 系统用例分析
• 7.3.4 对象类模型
• 7.3.5 体系架构
• 7.4 系统开发实现
• 7.4.1 项目模板管理
• 7.4.2 启动项目
• 7.4.3 项目过程剪裁
• 7.4.4 建立任务分解结构
• 7.4.5 项目调度
• 7.4.6 集成工作区
• 7.5 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间撰写的论文
• 致谢