Harmonogramowanie z ograniczeniami projektów współbieżnych

Click here to load reader

  • date post

    11-Jan-2017
  • Category

    Documents

  • view

    217
  • download

    2

Embed Size (px)

Transcript of Harmonogramowanie z ograniczeniami projektów współbieżnych

  • 421

    HARMONOGRAMOWANIE Z OGRANICZENIAMI

    PROJEKTW WSPBIENYCH

    Boena MARCICZYK, Boena SKOUD

    Streszczenie: W artykule przedstawiono zastosowanie meta heurystycznej metody

    algorytmu mrwkowego w harmonogramowaniu projektu przy naoonych ograniczeniach

    czasowych i zasobowych. Zastosowanie nowoczesnych meta heurystyk pozwala na

    skonstruowanie efektywnych czasowo harmonogramw. Wyniki przeprowadzonego

    eksperymentu przedstawiono w autorskim programie.

    Sowa kluczowe: projekt, harmonogramowanie, ograniczenia zasobowe, algorytm

    mrwkowy.

    1. Wprowadzenie

    Wymagania rynku i klienta s powodem duego zrnicowania produktw i ich

    indywidualizowania, co jest szczeglnie zauwaalne w maych i rednich

    przedsibiorstwach (MP). Wikszo przedsibiorstw tego sektora nastawiona jest na

    produkcj wielowersyjn lub wieloasortymentow, a w wielu przypadkach nastawiona jest

    na produkcj niepowtarzaln, typu projekt. Obecnie konsumenci coraz czciej zmieniaj

    dobra konsumpcyjne (samochody, telewizory, radia, pralki itp.) nawet jeli nie straciy one

    swoich uytecznych funkcji, co wpyno na skrcenie cyklu ycia produktw. Rosnce

    wymagania klientw z jednej strony i coraz to wiksza konkurencyjno na rynku

    producentw z drugiej strony, wymuszaj wprowadzanie zmian w zarzdzaniu

    przedsibiorstwem. W wielu przypadkach zlecenia produkcyjne szczeglnie te dotyczce

    zoonych zada traktowane s jako nowe i niepowtarzalne, a sposb zarzdzania nimi jest

    podobny do przypadku zarzdzania projektami [1]. W rzeczywistych systemach projekty

    zazwyczaj s realizowane wspbienie, to znaczy, e przystpuje si do realizacji zada

    nowego projektu, podczas gdy wczeniejsze projekty nie zostay jeszcze zakoczone.

    Dodatkowo dua zoono projektu powoduje, e szczeglnie trudnym zagadnieniem staje

    si szeregowanie wejciowe projektw oraz szeregowanie zada na poszczeglnych

    zasobach przy jednoczesnym zachowaniu relacji nastpstwa wymaganej przy ich

    wykonywaniu. Harmonogramowanie w rodowisku wieloprojektowym z wykorzystaniem

    wybranej heurystyki (algorytmu mrwkowego) jest przedmiotem niniejszego artykuu.

    2. Zadanie typu projekt

    Zadanie typu projekt zostao zdefiniowane na wiele sposobw. Przyjmujemy za

    Leachem [2], e projekt to specyficzne dziaanie ze zdefiniowanym terminem rozpoczcia

    i zakoczenia. Realizacja projektu czsto angauje wiele zasobw w jednym czasie i jest

    zadaniem dugotrwaym. Projekty najczciej przekraczaj wyznaczony termin realizacji,

    zakres oraz budet, dlatego te te czynniki s kluczowym punktem w planowaniu projektu

    [2].

  • 422

    Zarzdzanie w tym kontekcie jest zestawem dziaa obejmujcym planowanie

    i podejmowanie decyzji, organizowanie, przewodzenie, tj. kierowanie ludmi

    oraz kontrolowanie dziaa skierowanych na projekty i wykonywanych z zamiarem

    osignicia celw organizacji w sposb sprawny i skuteczny [3].

    Planowanie w organizacji zorientowanej projektowo mona postrzega jako:

    - planowanie projektu dotyczy pojedynczego projektu, obejmuje planowanie terminowe, kosztowe, jakociowe i zasobw koniecznych do realizacji projektu,

    - planowanie wieloprojektowe dotyczy zestawu projektw, obejmuje planowanie portfela projektw dla optymalnego wykorzystania zasobw organizacji oraz

    zrealizowania celw strategicznych i operacyjnych firmy (analogicznie do portfela

    zlece produkcyjnych).

    Niezalenie od wyboru podejcia projekty zajmuj ograniczone zasoby firmy czsto na

    duszy okres, dlatego decyzja o ich realizacji jest decyzj o zaangaowaniu firmy na

    okrelonym rynku i w okrelone technologie.

    Wrd zasobw mona wyrni: zasoby rzeczowe, finansowe, ludzkie oraz

    informacyjne. Naley pamita, e zasoby s ograniczone. W zwizku z tym, w przypadku

    gdy zasoby wewntrzne okazuj si by niewystarczajce, przedsibiorstwa czsto

    korzystaj z zasobw zewntrznych [4], [5]. Podczas okrelania celw projektu organizacja

    powinna z jednej strony skupia si na wykonaniu projektu w terminie, zgodnie z

    zaoonym budetem, zakresem oraz wymaganiami jakociowymi wyznaczonymi przez

    klienta, z drugiej za powinna dy do efektywnego wykorzystania swoich zasobw,

    ograniczajc marnotrawstwo i liczb poprawek w projekcie.

    Szczeglnym rodzajem zasobu jest czas, ktrego nie mona zmagazynowa, poniewa

    jest on zuywany bez wzgldu na to, na co jest przeznaczony. Dlatego te wikszo

    wysikw skierowana jest na zakoczenie projektu w terminie. W tym celu tworzony jest

    harmonogram projektu, ktry okrela, kiedy powinny rozpocz si i zakoczy

    poszczeglne etapy projektu [5,6,7].

    3. Sformuowanie problemu

    Konkurencyjno przedsibiorstwa zaley od jego zdolnoci do szybkiego

    podejmowania trafnych decyzji zwizanych z bilansowaniem potrzeb klienta i moliwoci

    producenta.

    Metody sieciowe, takie jak: CPM, PERT, MPM, GERT, nie uwzgldniaj ogranicze

    zwizanych z czasowym dostpem do zasobw, czyli nie pozwalaj na stwierdzenie, czy

    realizacja danego przedsiwzicia nie przekroczy zadanego limitu dostpnych zasobw w

    zadanym horyzoncie czasu. Uzyskiwane rozwizania odpowiadaj urednionym, w danym

    horyzoncie czasu, bilansom zasobw i nie gwarantuj, e w kadym momencie realizacji

    przedsiwzicia, liczba zasobw niezbdnych do jego wykonania bdzie wystarczajca,

    tym samym nie s w stanie przewidzie przypadkw zwizanych np. z powstaniem

    zakce i koniecznoci uwzgldnienia w planie nowego zadania, rezygnacji z innego,

    zmian terminw rozpoczcia zada itp.

    Przekonanie, e wszystko co jest potrzebne przy planowaniu projektu, to lista zada do

    wykonania, ich sklasyfikowanie, zgromadzenie personelu do realizacji poszczeglnych

    zada i rozpoczcie pracy atwo moe doprowadzi do sytuacji kryzysowej, szczeglnie

    wtedy, gdy dotrzymanie terminw jest niemoliwe. Konieczna jest wic weryfikacja

    przyjtego czasu trwania kadego z zada oraz okrelenie wzajemnych uzalenie i

    rozwizanie konfliktw zasobowych. Dopiero po tym mona precyzyjnie przeledzi

  • 423

    logiczn sekwencj wykonywania zada [10,11].

    Harmonogramowanie projektu w warunkach ogranicze zasobowych, (ang.: Resources

    Constrained Project Scheduling Problem - RCPSP), to klasyczny problem

    harmonogramowania. Na czynnoci naoone s ograniczenia kolejnociowe wynikajce

    z marszruty technologicznej oraz ograniczenia zasobowe. Gwny cel

    w harmonogramowaniu projektu w warunkach ogranicze zasobowych to minimalizacja

    dugoci uszeregowania (ang.: makespan) [10,11].

    Podstawowym celem zarzdzania projektami jest rozstrzyganie problemw

    polegajcych na udzieleniu odpowiedzi na pytanie, czy przy istniejcych ograniczeniach

    zasobowych danego systemu wytwrczego i przy znanym rozkadzie mocy produkcyjnych

    w okrelonym horyzoncie czasu nowy projekt moe by przyjty do realizacji zgodnie

    z oczekiwaniami odbiorcy, w zadanej iloci i w okrelonym terminie przy jednoczesnym

    zachowaniu ceny produktu wynikajcej z warunkw rynku?

    Problem rozwaany w niniejszej pracy mona sformuowa w nastpujcy sposb:

    Dany jest zbir projektw przewidzianych do wspbienej realizacji na zasobach

    o ograniczonej zdolnociach produkcyjnych i w ograniczonym czasie.

    Zakada si, e:

    - Dostpno zasobw jest znana i opisana macierz zdolnoci produkcyjnych dla kadego okresu planistycznego.

    - Zasoby s zasobami odnawialnymi w kolejnych okresach planistycznych. - Dany jest zbir procesw, w ktrych skad wchodzi okrelona liczba zada. - Kolejno wykonywanych czynnoci jest z gry znana i okrelona za pomoc

    relacji nastpstw.

    - Kade zadanie moe by uruchomione w chwili czasu 0 i wszystkie zadania s znane w momencie uruchomienia.

    - Kade zadanie realizowane jest od momentu rozpoczcia bez przerwy, a do momentu zakoczenia zadania.

    - Czasy realizacji zada na poszczeglnych komrkach s z gry okrelone. - Pomidzy zadaniami procesw wystpuj zalenoci typu zakoczenie

    rozpoczcie ZR, w ktrym nastpnik moe rozpocz si bezzwocznie po

    zakoczeniu zadania poprzedzajcego.

    Czy przy takich zaoeniach moliwe jest utworzenie harmonogramu dopuszczalnego

    uwzgldniajcego te ograniczenia zasobowe i czasowe?

    Zoono problemw harmonogramowania sprawia, e przy wykorzystaniu

    algorytmw dokadnych liczba iteracji ronie wykadniczo wraz ze wzrostem liczby zada.

    Dlatego te proponuje si metody, ktre pozwol na znalezienie zadowalajcego

    rozwizania w danym przedziale czasu i przy danych ograniczeniach zasobowych. Grup

    metod, ktre daj moliwo sukcesywnego poprawiania istniejcego rozwizania s

    metody heurystyczne. Metody te umoliwiaj rozwizywanie trudnych kombinatorycznych

    zagadnie m.in. takich jak harmonogramowanie i alokacja zasobw. Zastosowanie tych

    metod skraca czas rozwizywania problemu wraz ze wzrostem liczby ogranicze.

    Do metod heurystycznych nale algorytm rojowe. Inspiracj do ich powstania byy

    obserwacje zachowa kluczy ptakw, awic ryb i rojw owadw. Ptaki lecce w stadzie

    potrafi caym stadem zmieni kierunek ruchu, przegrupowujc si, skupiajc lub

    rozpraszajc Algorytm mrwkowy (nalecy do grupy algorytmw rojowych), wzoruje si

    na zachowaniu kolonii ywych mrwek, ktre znajduj najkrtsz drog midzy rdem

    poywienia a mrowiskiem [12,13].

    Z tego te powodu do harmonogramowania projektw wybrano algorytm optymalizacji

  • 424

    mrowiskowej, ktry dostarczy rozwizania przyblionego, umoliwi rozdzia czynnoci na

    ograniczonych zasobach w ograniczonym przedziale czasu.

    4. Algorytm optymalizacji mrowiskowej

    Inteligentne zachowanie osobnik