工期不确定条件下基于资源分配优化的鲁棒项目调度研究

Considering that the execution of a project schedule is increasingly faced with activity uncertainty, this research investigates robust project scheduling from the perspective of optimizing resource allocation. Proactive and reactive scheduling methods based on the combination of resource allocation and buffer configuration will be presented, respectively. By analyzing the impact of resource allocation on the configuration of buffers, we first propose a resource optimization algorithm that is aimed at enhancing robustness in view of the characteristic of critical chain buffer management (CC/BM) as well as the requirement of the scattered buffer insertion technique. The integrated optimization of resource allocation and buffer configuration is studied. Proactive scheduling models and solving methods will be established under duration uncertainty as well as under two types of uncertainties, i.e. duration uncertainty and resource uncertainty. Reactive scheduling models with multi-objective programming will then be constructed from two aspects: fixed resource flow and adjusted resource flow. In this research, the project management theory will be synthesized with the robust control theory, dynamic programming algorithm, intelligent algorithm, and the system simulation method, etc. In theory, the research could enrich the study of robust project scheduling. Moreover, it has important practical significance by providing the guidance to its actual application and assisting project stakeholders to perform resource decision-making, which can eventually improve the project management performance.

针对项目执行过程中的工期的不确定性，从优化资源分配的视角，将资源分配与缓冲配置相结合，从预应式和反应式鲁棒调度二个方面，研究复杂项目的鲁棒调度方法。在分析资源分配对缓冲配置影响的基础上，针对关键链缓冲管理的特点和分散缓冲管理的要求，研究以增强鲁棒性为目标的资源分配优化算法。将资源分配与时间缓冲配置进行集成优化，构建活动工期不确定、活动工期与资源都不确定条件下的预应式鲁棒调度模型，提出预应式鲁棒调度方法。从固定资源流网络和调整资源流网络二个方面，建立多目标反应调度模型，设计相应的求解算法，研究反应式调度策略。项目研究中将综合应用项目管理、鲁棒控制等理论和动态规划算法、智能算法、系统仿真等方法。本项目的研究可以在理论上丰富鲁棒性项目调度的内容，实践中对指导企业成功应用鲁棒性项目调度方法，辅助项目管理的利益相关方进行资源决策，提高项目管理绩效，具有重要的现实意义。

当今项目调度管理呈现出资源竞争激烈、面临的不确定性因素多、对鲁棒性要求高的特点。传统的确定性项目调度方法难以满足对有限资源有效分配、项目进度计划稳定执行的要求。本课题从资源优化分配的视角，提出了一类工期不确定环境下鲁棒性项目调度集成优化问题，从预应式调度——反应式调度两个层次展开研究。首先，在确定性环境下构建了一个基准调度计划，分别设计了分支定界和模拟退火算法进行求解，为后续不确定性环境下展开鲁棒性项目调度研究提供了数据支持。然后，针对项目执行过程中由于活动拖期导致基准调度计划不断变更的问题，从资源流网络优化的角度构建了一个拖期惩罚成本最小化为目标的数学规划模型。从增强调度计划的鲁棒性、资源分配方案的稳定性及算法的时间效率三个方面设计了动态优化算法进行求解。其次，同时考虑项目净现值和惩罚成本，提出了基于鲁棒资源分配的项目预应式调度方法，进一步地，将鲁棒资源分配与时间缓冲管理相结合，研究了工期不确定条件下的两阶段预应式式鲁棒项目调度问题，目标为最小化“总工期-鲁棒性成本”双目标的加权和。接着，考虑资源分配对反应式项目调度的影响，通过固定资源流网络实现项目的实际进度与基准调度计划偏差最小化。从初始调度计划、资源分配算法、时间缓冲以及反应式调度执行策略四种因素组合构建了32种集成优化算法，并设计了大规模仿真实验，分析了以上四种因素对项目鲁棒性能的交互影响。最后，在鲁棒性项目调度研究的基础上增加了可再生能源网络决策以及风险偏好决策的相关拓展研究。项目研究中综合应用了项目管理、鲁棒控制等理论和动态规划算法、智能算法、系统仿真等方法。研究成果在理论上丰富了鲁棒性项目调度的内容，在实践上对指导项目组织成功应用鲁棒项目调度方法解决实际中的规划与调度问题，提高项目管理绩效，具有重要的现实意义。