多项目资源受限网络计划方法研究

华中科技大学硕士学位论文多项目资源受限网络计划方法研究姓名：时正伟申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：黄勇理2011-01华中科技大学硕士学位论文I摘要企业的管理水平很大程度上影响着企业的经营状况，适合企业的管理模式会提高劳动生产率，提高赢利水平，而不合适的管理模式则会阻碍企业的发展。在劳动密集型企业中，工人的劳动状态决定着工作的持续时间，而人的行为习惯和心理因素又带来了很多不确定性。如何管理工程的进度，使得项目在合同期内完成这个问题常常困扰着企业管理者。当前常用的管理方法是关键路径法和计划评审技术，这种基于网络计划技术的项目管理方法曾经为企业的进度管理和任务分配提供了理论基础。而随着柔性化等生产要求的提出，项目要求工期控制更严格、投入资金更少，生产方式更灵活。传统的网络计划技术已经无法满足当前的管理需求，基于约束理论的关键链项目管理技术的出现和广泛应用，为解决了这一问题指明了方向。关键链项目管理与传统方法昀大的区别在于考虑了资源的约束，把资源的约束附加到工序约束上，通过缓冲区的设置和管理，减少管理中不确定因素和人为因素导致的工期延期。本文是首先对关键链管理技术进行了详细的分析，结合国内外研究现状和实际需要，使用启发式算法来寻找关键链，用Matlab工具编写了算法实现程序，取得了很好的计算效果。使用根方差法来设置缓冲区，并给出了项目缓冲区和汇流缓冲区的设置方法。针对于多项目的计算，提出了基于资源分配现状的方法设置产能缓冲。并通过考察缓冲区消耗与项目进度的比例，改进现有缓冲区管理方法。对于劳动密集型企业的实际状况，本文对某企业的生产模式进行了详尽的分析，找出整个生产流程的制约因素(即瓶颈)，通过改善瓶颈，重新安排生产模式，提高生产效率。并用Project项目管理软件建立单项目和多项目案例，用两种启发式方法进行计算，比较不同情况下的计算结果性能，给出了理论分析。本文的研究将会为企业的生产管理提供理论依据。关键词：资源受限调度关键链项目管理多项目管理网络计划技术华中科技大学硕士学位论文IIAbstractManagementmodehasagreatimpactontheenterprise’sefficiency,agoodmanagementmodewillincreaseproductivity,improveprofitability,whileapoormanagementmodewillhinderthedevelopmentofenterprise.Inthelabor-intensiveenterprise,theworkingstatusofworkersdeterminesthedurationofthework,andtheworkers'habitsandpsychologicalfactorsbringalotofuncertainty.Howtomanagetheprogressofaproject,makingtheprojectbecompletedduringthecontractperiodoftenperplexbusinessmanagers.ThecurrentmethodscommonlyusedareCriticalPathMethod(CPM)andProgramEvaluationReviewTechnique(PERT),thenetworkplanningtechnologyprovideatheoreticalbasisforenterprise’sprogressmanagementandtaskassignment.Withtheproposalofflexibleproduction,projectrequiresthatdurationmorestringent,lesscapitalinvestment,productionpatternsmoreflexible.Traditionalnetworkplanningtechnologymanagementhasbeenunabletomeetcurrentdemand,withtheemergenceandwidespreadapplicationofCriticalChainProjectManagement(CCPM)techniquesbasedontheTheoryofConstraints(TOC),thismethodbecomesthemainsolution.ThemaindifferencebetweenCriticalChainProjectManagementandthetraditionalmethodsisittakesresourceconstraintsintoaccount,attachresourceconstraintstotheprocessconstraints,setupandmanagethebufferstoreducetheprojectdurationextensioncausedbyuncertaintyandhumanfactorsofmanagement.ThisthesisisstartedwithanintroductionoftheCCPM,takingintoaccounttheresearchsituationandactualneeds,weuseheuristicalgorithmstolocatethecriticalchain,usetheMatlabtooltocodethealgorithmprocedure,andobtaingoodcalculationresults.Andusetherootsquareerrormethod(RSEM)tosetthebuffer,formulti-projectcasesetthecapacitybufferbytheallocationofresources.Proposeanimprovedbuffermanagementmethodandbydetectingtheratioofbufferconsumptionandprojectprogress.Fortheactualsituationoflabor-intensiveenterprise,thispaperanalysisproductionmodedetailedandidentifiesconstraintsoftheproductionprocess(bottlenecks),byrationalutilizationofthebottleneck,changetheproductionmodeltoimproveproductionefficiency.Usetheprojectmanagementsoftwaretoestablishsingleprojectcaseandmulti-projectcase,usingtwoheuristicmethodstocalculate,andcomparetheresults,thisstudywillprovideenterprisesatheoreticalbasisforproductionmanagement.Keyword:resource-constrainedschedule,CriticalChainProjectManagement,multi-projectmanagement,networkplanningtechnology独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文11绪论1.1研究背景与意义随着时代的发展，科技的进步，人们所从事的各项活动的规模越来越大，涉及到的人员越来愈多，人员结构越来越复杂，工作时间要求更精确，资金的需求压力更大。单纯的依靠管理人员个人的能力与经验，来管理复杂多变的项目已经不再可能。这要求人们对于活动采用系统化的角度来看待，用科学的方法来进行管理，把科学更好的融入到管理的过程中。自从泰勒1911年创立管理科学理论以来[1]，人们渐渐的意识到了管理的重要性，开始使用各种方法来管理项目,管理科学取得了长足的发展。尤其是二十世纪五十年代以后，项目管理的广泛应用和快速发展，使得管理科学迈上了新的台阶。美国昀先把项目管理的方法运用到了军事等大型的工程的管理过程中，并取得了很好的效果。关键路径法(CriticalPathMethod,CPM)和计划评审技术(PerformanceEvaluationandReviewTechniques,PERT)相继出现，为项目管理奠定了理论基础，由于这两种方法有相同的理论基础和方法目标，被合称为关键路径法CPM/PERT。1965年，著名数学家华罗庚[2]首先在我国推广网络计划方法，并把这些理论运用到生产调度和计划安排当中，取得了巨大的成功。用结构化的思路来分解复杂的工程项目，并对项目中不同紧迫程度的工作安排不同的执行顺序，使得昀重要的工作昀先完成。把任务分配这一原本依靠管理者经验，个人能力来完成的工作用更为科学的方法进行管理和实施。缩短了平均项目的工期，提高了项目可行性，确保了项目施工的质量，节约了项目资源，增强了项目进度的控制力度，提高了工作效率，降低了项目的成本和费用。为我国的经济发展起到了不可磨灭的贡献。可以说，我国在工程项目施工领域取得的进展，是建立在网络计划方法的发展之上的。随着信息技术的发展，生产技术的提高，尤其是柔性化制造的概念的提出和流行，对制造行业提出了更高的要求。要求企业能够更快的适应市场的变化，以更小的代价，使用更有限的资源来实现更加灵活多样化的生产。这对于当前使用的网络计划方法提出了巨大的挑战，因为无论是CPM还是PERT方法，都是建立在不考虑资源约束，仅仅考虑整个项目的时间结构的前提下，对生产的进行安排和调度。而这与柔性化的要求是华中科技大学硕士学位论文2直接冲突的。在现实的生产环境中，资源总是有限的，使用的资源越多，消耗的费用越多，因此资源不是无限的。这就导致了项目的执行计划因为资源的限制而被打乱，项目无法在计划工期内完成，从而使的网络计划的实际效果大打折扣。这样所导致的问题有：项目超期，资源的利用率低，项目的成本高。这些问题是由于网络计划技术的理论体系无法真实反映生产的实际情况所导致的，需要更加先进的管理理念来解决这些问题。资源约束项目调度问题(Resource-constrainedprojectschedulingproblem,RCPSP)的提出和被广泛的关注，正是人们对于资源的分配和运用更加重视的结果。这种类型的调度项目问题，不单单考虑时间的约束，而且考虑了资源的约束，在合理利用有限资源的前提下实现预期目标的昀优化[3]。有限的资源的使用情况，特别是一些核心资源、多工作共享资源，这些资源使用情况是不是很合理，是否优先用来完成关键工作，是否存在浪费，是否超出了系统可用数量，会对整个项目的执行情况产生很大的影响。以色列物理学家EliGoldratt在《Thegoal》[4]一书中首先提出了约束理论(TheoryOfCon