内容简介
现实环境的复杂性为项目实施带来了极大的不确定性,几乎所有的项目执行都是在不确定环境下进行的,为项目管理和资源规划调度带来了巨大挑战。本书针对活动工期不确定环境下的项目资源分配与调度问题开展系统深入的研究。首先,本书分别介绍了资源受限项目调度、带有资源转移时间的项目调度和不确定条件下鲁棒项目调度等相关经典问题,对相关问题的研究工作进行了全面的综述分析;其次,针对单项目调度问题,研究了带有资源转移时间的资源受限项目调度问题资源流编码方式,提出了活动工期不确定环境下的鲁棒调度与资源分配集成优化方法;再次,引入资源转移成本这一关键因素研究活动工期不确定环境下的鲁棒调度问题,提出了项目调度和资源分配多目标优化方法;接着,将研究视角拓展到多项目管理领域,研究了多项目管理资源专享―转移策略,提出了资源专享―转移视角下的多项目资源分配(战术层)与鲁棒调度(运作层)双层决策优化方法;最后,展望了不确定环境下项目资源分配与调度的一些应用前景和发展方向。
目录
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第1章 绪论 1
1.1 RCPSP 2
1.2 RCPSPTT 7
1.3 多项目调度 11
1.4 鲁棒项目调度 12
1.4.1 鲁棒性衡量指标 15
1.4.2 鲁棒资源分配方法 17
1.4.3 时间缓冲方法 18
1.5 本章小结 20
参考文献 20
第2章 RCPSPTT资源流模型及算法 30
2.1 问题背景 30
2.2 数学模型 31
2.3 求解算法设计 34
2.3.1 邻域算子 34
2.3.2 ITS算法 37
2.3.3 GRASP-TS算法 38
2.4 模拟实验分析 39
2.4.1 实验参数设置 39
2.4.2 算法性能对比 39
2.4.3 敏感度分析 40
2.5 本章小结 43
参考文献 43
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第3章 RCPSPTT鲁棒调度与资源流网络集成优化 45
3.1 问题背景 45
3.2 问题描述与建模 47
3.3 随机规划模型 49
3.4 ITS算法 51
3.4.1 编码与解码设计 51
3.4.2 邻域操作 52
3.4.3 ITS算法流程 54
3.5 RCPSPTT优化代理模型 55
3.5.1 MinEA模型 55
3.5.2 MaxPF模型 55
3.5.3 MinTPC与MaxPF混合优化模型 58
3.6 算例介绍 58
3.7 模拟实验分析 60
3.7.1 实验参数设置 60
3.7.2 实验结果及分析 61
3.8 本章小结 64
参考文献 65
第4章 资源转移视角下的RCPSP鲁棒资源分配方法 67
4.1 问题描述 67
4.2 模型构建 70
4.3 遗传模拟退火算法 73
4.3.1 编码与解码设计 73
4.3.2 遗传算子设计 74
4.3.3 适应值函数设计 78
4.3.4 GSA步骤 79
4.4 算法性能分析 80
4.5 案例研究 82
4.6 本章小结 85
参考文献 86
第5章 考虑RTC的双目标鲁棒资源分配方法 87
5.1 问题描述与建模 87
5.2 求解算法设计 93
5.2.1 NSGA-II算法 94
5.2.2 PSA算法 96
5.2.3 约束方法 96
5.2.4 修复不可行解 97
5.3 模拟实验分析 98
5.3.1 实验参数设置 98
5.3.2 算法性能指标 100
5.3.3 算法性能对比 101
5.3.4 敏感度分析 102
5.3.5 转移时间扩展 103
5.4 案例研究 105
5.5 本章小结 108
参考文献 109
第6章 资源专享-转移视角下的多项目资源分配与鲁棒调度优化 112
6.1 问题背景 112
6.2 模型构建 114
6.2.1 基于时差效用函数的鲁棒性指标 114
6.2.2 双目标RMPSP-RDT优化模型 115
6.3 求解算法设计 117
6.3.1 编/解码设计与种群初始化 118
6.3.2 ALNS算法 121
6.3.3 NSGA-II算法 124
6.4 模拟实验分析 126
6.4.1 实验参数设置 126
6.4.2 算法性能指标 128
6.4.3 算法性能对比 129
6.4.4 实验结果及分析 131
6.5 本章小结 134
参考文献 134
第7章 总结与展望 137
前言/序言
项目管理作为现代管理科学中的一项重要分支,自20世纪中叶以来迅速发展,已经成为各类组织在实施复杂工程、研发项目、建设信息系统及其他任务中不可或缺的管理工具。项目管理的核心在于对项目活动的规划、组织、指挥、协调、控制和评价,以期在限定的时间、资源和质量要求下,实现项目目标。项目调度作为项目管理的重要组成部分,其意义重大毋庸置疑。它主要通过合理安排项目活动的顺序、资源的分配和时间的管理,以确保项目能够高效、有序地进行。项目调度不仅在建筑工程、制造业等传统领域发挥着关键作用,在信息技术、软件开发、科研项目等知识密集型行业中也广泛应用。例如,在建筑工程中,项目调度有助于合理安排工序,以确保工程能够按时完工;在软件开发中,项目调度可以帮助项目经理合理分配开发人员的工作任务,优化开发进度。正是由于其广泛的应用和深远的影响,项目调度成为学术界和工业界广泛关注的焦点。
然而,随着全球经济的快速发展和科学技术的不断进步,项目管理环境变得日益复杂和动态化,项目调度中的不确定性问题也日益突出。现实中的项目往往受到市场需求变化、技术风险、资源供应不稳定、政策环境变化等不确定因素的影响,项目的执行充满了各种变数,这些不确定因素不仅影响了项目的进度控制,还可能导致资源的浪费,甚至项目的失败。项目调度中的不确定性带来了巨大的挑战,尤其是在项目资源分配和调度过程中。传统的项目调度方法通常假设项目的活动工期、资源需求和可用性等是确定的,但在现实环境中,这些假设往往并不成立。例如,活动工期可能因为资源的短缺、技术问题或外部环境的变化而变化;资源可用性可能因为其他项目的优先级变化而波动;项目的整体进度可能因为外部环境的变化而不得不重新调整。这种不确定性要求项目管理者不仅需要具备灵活的调度能力,还需要掌握适应性强、鲁棒性高的调度策略,以应对各种可能的变化。
面对上述挑战,近年来学术界和工业界在不确定环境下的项目调度问题方面展开了广泛而深入的研究。一些学者提出了各种基于鲁棒性优化、随机优化、模糊理论等方法的调度模型和算法,以应对不确定性的影响。这些方法通过把不确定因素对项目活动的影响纳入考量,来优化项目调度的鲁棒性和适应性,从而提高项目的成功率。然而,尽管已有大量研究成果,项目调度中的不确定性问题仍然是一个复杂而多变的难题,亟待进一步研究和探索。作者所在的课题组近年来围绕不确定环境下的项目资源分配与调度问题深入开展了研究工作,相关研究成果发表在European Journal of Operational Research、Computers&Operations Research、International Journal of Production Research、Annals of Operations Research、《中国管理科学》《系统工程学报》等管理学科国内外高水平学术期刊上,得到了国内外同行的高度认可和评价。本书融合了课题组的代表性研究成果,介绍了不确定环境下的项目资源分配与调度相关数学模型和优化算法,为不确定环境下项目管理领域的研究和实践提供参考和借鉴。
全书由7章构成,内容上可分为5篇。第1篇为问题概述,主要内容为第1章,阐述选题背景及研究意义,分别介绍了几类典型的资源受限项目调度问题(RCPSP),对国内外相关研究现状进行了综述分析。第2篇聚焦于资源流编码模式下的带有资源转移时间的资源受限项目调度问题(RCPSPTT),主要内容包括:第2章,研究了确定条件下的项目调度与资源分配问题,提出了改进禁忌搜索(ITS)和贪心随机自适应禁忌搜索(GRASP-TS)算法来求解问题;第3章,对第2章研究工作进行拓展,研究了活动工期不确定条件下的项目鲁棒调度与资源分配集成优化方法。第3篇聚焦于考虑资源转移成本(RTC)的多目标鲁棒调度问题,主要内容包括:第4章,引入开始时间关键度(STC)作为项目的“解”鲁棒性衡量指标,定义了基于资源单元的资源转移决策变量,提出了基于遗传进化的项目调度和资源分配方法;第5章,建立了项目调度和资源分配多目标优化模型,分别设计了NSGA-Ⅱ算法、PSA算法和ε约束方法对模型进行求解。第4篇将研究视角拓展到多项目管理领域,主要内容为第6章,研究了多项目管理的资源专享—转移策略,从时差效用函数视角评价项目调度计划的鲁棒性,在考虑拖期成本一鲁棒性的多目标问题框架下,提出了资源专享-转移视角下的多项目资源分配(战术层)与鲁棒调度(运作层)双层决策优化方法。第5篇为研究总结与展望,主要内容为第7章,总结本书所取得的研究成果,阐述相应的理论贡献和管理启示,并讨论将来可进一步研究的主要方向。
本书由王建江确定提纲,第1—3章和第7章由王建江撰写,第4~5章由胡雪君撰写,第6章由赵雁撰写,陈子鹏参与了第1章部分内容的撰写工作及全书的排版和校对工作,何华参与了第7章部分内容的撰写工作及全书的校对工作。此外,课题组于冠飞、冯骁、李娇娇、郜茹、高珺卉、李凯、郑雯