專利名稱：一種基于項(xiàng)目特性的關(guān)鍵鏈緩沖調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于項(xiàng)目特性的關(guān)鍵鏈緩沖調(diào)整方法，特別是涉及一種在不確定環(huán)境下的基于項(xiàng)目特性的關(guān)鍵鏈緩沖調(diào)整方法。本發(fā)明屬于優(yōu)化調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
關(guān)鍵鏈方法自1997年由Goldratt提出以來，受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注(詳見 1997年《關(guān)鍵鏈》)。Goldratt指出，傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理方法假定所有任務(wù)的重要性相同，因此為所有的任務(wù)加入安全時(shí)間。然而，大多數(shù)的安全時(shí)間并不是必要的，甚至很可能造成總工期的大大增加。理論研究與實(shí)踐均表明，影響項(xiàng)目總工期的瓶頸為項(xiàng)目中的關(guān)鍵鏈，需要對關(guān)鍵鏈上的任務(wù)進(jìn)行保護(hù)。關(guān)鍵鏈?zhǔn)侵冈诳紤]優(yōu)先約束與資源依賴性的情況下，決定項(xiàng)目總工期的一組任務(wù)，這組任務(wù)組成了項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)中的最長路徑。為了保護(hù)關(guān)鍵鏈任務(wù)，需要在適當(dāng)?shù)奈恢貌迦刖彌_時(shí)間。項(xiàng)目緩沖插入在關(guān)鍵鏈之后，主要用于保護(hù)關(guān)鍵鏈上的任務(wù)。非關(guān)鍵鏈任務(wù)匯入關(guān)鍵鏈時(shí)需要插入?yún)R流緩沖，以減小由非關(guān)鍵鏈任務(wù)延期給關(guān)鍵鏈帶來的影響。在關(guān)鍵鏈調(diào)度理論中，非關(guān)鍵鏈上的活動(dòng)在必要時(shí)才開始，以保證關(guān)鍵鏈任務(wù)有足夠的資源。通過關(guān)鍵鏈調(diào)度方法可以產(chǎn)生相對穩(wěn)定的調(diào)度方案，以應(yīng)對項(xiàng)目中的不確定性。 而緩沖的大小對調(diào)度方案具有較大的影響，需要根據(jù)項(xiàng)目的不確定性程度，設(shè)置合適的緩沖。過大的緩沖會導(dǎo)致項(xiàng)目工期的增大，過小的緩沖則會減小調(diào)度方案的魯棒性。因此，如何確定緩沖大小，是關(guān)鍵鏈調(diào)度方法應(yīng)用到實(shí)際工程中的一個(gè)重點(diǎn)問題。經(jīng)典的緩沖設(shè)置方法主要有剪切-粘貼法(Cut and Paste Method, C&PM)和根方差法(Root Square Error Method, RSEM)，這兩種方法都需要對項(xiàng)目的工期進(jìn)行估計(jì)，主觀性較強(qiáng)，并且沒有考慮項(xiàng)目的特性。這往往導(dǎo)致最終產(chǎn)生的調(diào)度方案緩沖過大。在改進(jìn)緩沖設(shè)置方面，研究者們首先嘗試提出新的啟發(fā)式策略來設(shè)置緩沖大小。 然而，這類新的啟發(fā)式算法在解決多項(xiàng)目問題復(fù)雜度過高，實(shí)現(xiàn)難度大，難以在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。故現(xiàn)有工作多是對傳統(tǒng)方法的調(diào)整與改進(jìn)策略研究。關(guān)鍵鏈調(diào)度理論認(rèn)為任務(wù)都傾向于發(fā)生延期。然而，在實(shí)際執(zhí)行過程中，并非所有任務(wù)均發(fā)生延期，某些任務(wù)甚至?xí)崆巴瓿?。這些提前完成的任務(wù)會給其存在的任務(wù)鏈提供額外的緩沖，提高該鏈對于不確定性的抵抗能力。由于忽略了這種額外緩沖，傳統(tǒng)緩沖量化方法在多數(shù)情況下會得到比較大的緩沖。任務(wù)的不確定性隨著項(xiàng)目的進(jìn)行向后傳遞，其原因是任務(wù)間存在的約束。這些約束決定了項(xiàng)目對于不確定性的抵抗能力，即魯棒性大小。任務(wù)在執(zhí)行過程中面臨的約束有時(shí)序約束和資源約束兩類，分別由任務(wù)特性和資源特性所決定。因此，從項(xiàng)目調(diào)度魯棒性角度考慮，在所有的項(xiàng)目特性當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和資源需求作為兩個(gè)影響時(shí)序約束和資源約束大小的關(guān)鍵因素，尤其不能忽略。總結(jié)而言，現(xiàn)有工作在緩沖設(shè)置問題上大多忽視了項(xiàng)目特性的影響，因而過分估計(jì)了項(xiàng)目的不確定性，在調(diào)度方案生成時(shí)設(shè)置過大的緩沖。在工程實(shí)際中，這種調(diào)度方案可能會造成大量的資源閑置，在多項(xiàng)目調(diào)度中甚至造成項(xiàng)目的大幅延期，導(dǎo)致總成本的增加。 因此，考慮項(xiàng)目特性的緩沖設(shè)置方法更有實(shí)際意義。本發(fā)明正是基于這樣的考慮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種基于項(xiàng)目特性的關(guān)鍵鏈緩沖調(diào)整方法，其目的是針對項(xiàng)目實(shí)際執(zhí)行過程中的不確定性，將兩類重要的項(xiàng)目特性引入到關(guān)鍵鏈調(diào)度緩沖量化問題中，進(jìn)而提出一種新的緩沖調(diào)整策略，克服經(jīng)典方法緩沖設(shè)置過大的不足，從而在實(shí)際應(yīng)用中增大緩沖利用比率，減少資源閑置和項(xiàng)目的交付時(shí)間。本發(fā)明一種基于項(xiàng)目特性的關(guān)鍵鏈緩沖調(diào)整方法，其設(shè)計(jì)思想是首先采用基于優(yōu)先規(guī)則的啟發(fā)式算法計(jì)算任務(wù)優(yōu)先權(quán)，采用串行調(diào)度方法生成初始可行調(diào)度方案；然后通過計(jì)算自由時(shí)差確定關(guān)鍵鏈，并根據(jù)識別的關(guān)鍵鏈計(jì)算緩沖大??；最后采用調(diào)整策略調(diào)整緩沖大小并生成緩沖調(diào)度方案?；谏厦娴乃枷?，下面具體介紹本發(fā)明的技術(shù)方案，具體設(shè)計(jì)步驟如下 第一步生成初始可行調(diào)度方案本發(fā)明采用最晚開始時(shí)間(Last Start Time,LST)作為優(yōu)先規(guī)則計(jì)算任務(wù)的優(yōu)先權(quán)，采用串行調(diào)度方法生成調(diào)度方案。設(shè)任務(wù)i的開始時(shí)間為STi,結(jié)束時(shí)間為FTi,緊后任務(wù)集合為S (i)，任務(wù)數(shù)為η算法具體步驟為(一 )不考慮任務(wù)間資源約束，從最后一個(gè)任務(wù)開始依次往前調(diào)度任務(wù)，各任務(wù)的結(jié)束時(shí)間等于其最早開始的緊后任務(wù)的開始時(shí)間。記錄任務(wù)的開始時(shí)間作為其最晚開始時(shí)間LST，初始化各任務(wù)最早開始時(shí)間EST為O ;(二)根據(jù)LST值從小到大對任務(wù)進(jìn)行排序(即最晚開始時(shí)間小的任務(wù)先進(jìn)行調(diào)度)，生成優(yōu)先調(diào)度集合E (S)；(三)從E(S)中選取第一個(gè)任務(wù)i進(jìn)行調(diào)度，令其開始時(shí)間STi= ESTi,判斷任務(wù) i執(zhí)行時(shí)間段[STpFTi]內(nèi)是否產(chǎn)生資源沖突；若資源使用量超過可用量，則令STi = STi+1， FTi = FVl重新進(jìn)行判斷；(四)若時(shí)間段[STi,FTi]內(nèi)無資源沖突，任務(wù)i調(diào)度完成，更新其所有緊后任務(wù)的最早開始時(shí)間if FTi > ESTjthen ESTj = FTi, j e S (i)(五)從優(yōu)先調(diào)度集合E(S)中刪除任務(wù)i;若E(S)非空，轉(zhuǎn)(三)；否則，調(diào)度結(jié)束。第二步計(jì)算任務(wù)的自由時(shí)差，識別關(guān)鍵鏈本發(fā)明使用任務(wù)左右移操作來計(jì)算任務(wù)的自由時(shí)差，進(jìn)而識別項(xiàng)目的關(guān)鍵鏈。對于任務(wù)i，若改變其開始時(shí)間STi,在不產(chǎn)生任何沖突(包含時(shí)序約束與資源約束)的情況下，項(xiàng)目中其他任務(wù)的開始時(shí)間均不發(fā)生變化，那么此操作就可以定義為任務(wù)移動(dòng)?；谶@樣的定義，固定項(xiàng)目的執(zhí)行時(shí)間段為[STtl, FTn+1](任務(wù)O和任務(wù)n+1為虛任務(wù))；即對于任務(wù)i，有STtl彡STi彡STn+1且FT0 ( FTi ( FTn+1，識別關(guān)鍵鏈的具體步驟為(一 )對于第一步生成的調(diào)度方案，從開始時(shí)間最晚的任務(wù)開始，從后往前依次選擇任務(wù)i ;
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( 二 )單步右移任務(wù)令任務(wù)i的開始時(shí)間STi = SVLFTi = FTi+Ι，判斷時(shí)間段 [STi7FTi]內(nèi)是否產(chǎn)生沖突(包括時(shí)序沖突與資源沖突)；若產(chǎn)生沖突，取消此次右移操作， 即STi = STi-LFTi = FTi-I,任務(wù)i移動(dòng)結(jié)束，選擇下一個(gè)任務(wù)；若無沖突產(chǎn)生，對任務(wù)i繼續(xù)執(zhí)行單步右移操作；(三)當(dāng)所有任務(wù)右移結(jié)束，記錄此時(shí)任務(wù)的開始時(shí)間為最晚開始時(shí)間LSTi= STi, i = I, 2,…，η ;(四)對于此時(shí)的右移調(diào)度方案，從開始時(shí)間最早的任務(wù)開始，從前往后依次選擇任務(wù)j ;(五)單步左移任務(wù)令任務(wù)j的開始時(shí)間STj= STj-LFTj = FTj-I,判斷時(shí)間段 [STjjFTj]內(nèi)是否產(chǎn)生沖突(包括時(shí)序沖突與資源沖突)；若產(chǎn)生沖突，取消此次左移操作， 即S'. = STj+LFTj = FTfl，任務(wù)j移動(dòng)結(jié)束，選擇下一個(gè)任務(wù)；若無沖突產(chǎn)生，對任務(wù)j繼續(xù)執(zhí)行單步左移操作；(六)當(dāng)所有任務(wù)左移結(jié)束，記錄此時(shí)任務(wù)的開始時(shí)間為最早開始時(shí)間ESTi= STi, i = I, 2,…，η ;(七)計(jì)算任務(wù)的自由時(shí)差TSi= LSTi-ESTi, i = 1，2，· · ·，η ;若TSi = 0，則任務(wù) i為關(guān)鍵鏈任務(wù)；否則為非關(guān)鍵鏈任務(wù)。第三步緩沖量化與調(diào)整緩沖的量化與調(diào)整分為以下幾步(一 )計(jì)算網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度與資源松緊度網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度可定義為網(wǎng)絡(luò)中存在的優(yōu)先關(guān)系數(shù)目與理論存在的最大優(yōu)先關(guān)系數(shù)目的比值(均不考慮虛任務(wù))，用于表示網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)序約束強(qiáng)度。其中，網(wǎng)絡(luò)中存在的優(yōu)先關(guān)系數(shù)目為每個(gè)任務(wù)的所有前驅(qū)結(jié)點(diǎn)(包括間接前驅(qū)結(jié)點(diǎn))之和，最大優(yōu)先關(guān)系數(shù)目為 η (η-1)/2，其中η表示非虛任務(wù)個(gè)數(shù)。因此網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度可表示為
權(quán)利要求
1.一種基于項(xiàng)目特性的關(guān)鍵鏈緩沖調(diào)整方法，其特征在于它包括以下步驟步驟一生成初始可行調(diào)度方案采用最晚開始時(shí)間即Last Start Time, LST作為優(yōu)先規(guī)則計(jì)算任務(wù)的優(yōu)先權(quán),采用串行調(diào)度方法生成調(diào)度方案；設(shè)任務(wù)i的開始時(shí)間為STi,結(jié)束時(shí)間為FTi,緊后任務(wù)集合為 S (i)，任務(wù)數(shù)為η算法具體步驟為(一)不考慮任務(wù)間資源約束，從最后一個(gè)任務(wù)開始依次往前調(diào)度任務(wù)，各任務(wù)的結(jié)束時(shí)間等于其最早開始的緊后任務(wù)的開始時(shí)間；記錄任務(wù)的開始時(shí)間作為其最晚開始時(shí)間 LST，初始化各任務(wù)最早開始時(shí)間EST為O ;(二)根據(jù)LST值從小到大對任務(wù)進(jìn)行排序即最晚開始時(shí)間小的任務(wù)先進(jìn)行調(diào)度，生成優(yōu)先調(diào)度集合E (S)；(三)從E(S)中選取第一個(gè)任務(wù)i進(jìn)行調(diào)度，令其開始時(shí)間STi= ESTi,判斷任務(wù)i執(zhí)行時(shí)間段[STyFTi]內(nèi)是否產(chǎn)生資源沖突；若資源使用量超過可用量，則令STi = ST^LFTi =FTdl重新進(jìn)行判斷；(四)若時(shí)間段[STi,FTi]內(nèi)無資源沖突，任務(wù)i調(diào)度完成，更新其所有緊后任務(wù)的最早開始時(shí)間if FTi > ESTjthen ESTj = FTi, j e S(i)(五)從優(yōu)先調(diào)度集合E(S)中刪除任務(wù)i;若E (S)非空，轉(zhuǎn)(三)；否則，調(diào)度結(jié)束；步驟二 計(jì)算任務(wù)的自由時(shí)差，識別關(guān)鍵鏈?zhǔn)褂萌蝿?wù)左右移操作來計(jì)算任務(wù)的自由時(shí)差，進(jìn)而識別項(xiàng)目的關(guān)鍵鏈；對于任務(wù)i， 若改變其開始時(shí)間STi,在不產(chǎn)生任何沖突即包含時(shí)序約束與資源約束的情況下，項(xiàng)目中其他任務(wù)的開始時(shí)間均不發(fā)生變化，那么此操作就可以定義為任務(wù)移動(dòng)；基于這樣的定義，固定項(xiàng)目的執(zhí)行時(shí)間段為[STtl, FTn+1]，任務(wù)O和任務(wù)n+1為虛任務(wù)；即對于任務(wù)i，有 ST0 ( STi ( STn+1且FT0 ( FTi ( FTn+1，識別關(guān)鍵鏈的具體步驟為(一)對于第一步生成的調(diào)度方案，從開始時(shí)間最晚的任務(wù)開始，從后往前依次選擇任務(wù)i ;(二)單步右移任務(wù)令任務(wù)i的開始時(shí)間STi= ST^LFTi = FTi+1，判斷時(shí)間段[STi, FTi]內(nèi)是否產(chǎn)生時(shí)序沖突與資源沖突；若產(chǎn)生沖突，取消此次右移操作，即STi = STi-LFTi =FTi-L任務(wù)i移動(dòng)結(jié)束，選擇下一個(gè)任務(wù)；若無沖突產(chǎn)生，對任務(wù)i繼續(xù)執(zhí)行單步右移操作；(三)當(dāng)所有任務(wù)右移結(jié)束，記錄此時(shí)任務(wù)的開始時(shí)間為最晚開始時(shí)間LSTi= STi, i =I, 2, · · · , η ;(四)對于此時(shí)的右移調(diào)度方案，從開始時(shí)間最早的任務(wù)開始，從前往后依次選擇任務(wù)j ;(五)單步左移任務(wù)令任務(wù)j的開始時(shí)間STj= STj-LFTj = FTj-I，判斷時(shí)間段[STj, FTj]內(nèi)是否產(chǎn)生時(shí)序沖突與資源沖突；若產(chǎn)生沖突，取消此次左移操作，即SI^ = STj+LFTj =FT,1，任務(wù)j移動(dòng)結(jié)束，選擇下一個(gè)任務(wù)；若無沖突產(chǎn)生，對任務(wù)j繼續(xù)執(zhí)行單步左移操作；(六)當(dāng)所有任務(wù)左移結(jié)束，記錄此時(shí)任務(wù)的開始時(shí)間為最早開始時(shí)間ESTi= STi, i=1,2, . . . , n ；(七)計(jì)算任務(wù)的自由時(shí)差TSi = LSTi-ESTi，i = 1，2，...，11;若151 = 0，則任務(wù)1為 關(guān)鍵鏈任務(wù)；否則為非關(guān)鍵鏈任務(wù)；步驟三緩沖量化與調(diào)整緩沖的量化與調(diào)整分為以下幾步(一)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度與資源松緊度網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度定義為網(wǎng)絡(luò)中存在的優(yōu)先關(guān)系數(shù)目與理論存在的最大優(yōu)先關(guān)系數(shù)目的比 值，用于表示網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)序約束強(qiáng)度；其中，網(wǎng)絡(luò)中存在的優(yōu)先關(guān)系數(shù)目為每個(gè)任務(wù)的所有 前驅(qū)結(jié)點(diǎn)包括間接前驅(qū)結(jié)點(diǎn)之和，最大優(yōu)先關(guān)系數(shù)目為n (n-1) /2，其中n表示非虛任務(wù)個(gè) 數(shù)，因此網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度表示為所有的優(yōu)先關(guān)系數(shù)
全文摘要
一種基于項(xiàng)目特性的關(guān)鍵鏈緩沖調(diào)整方法，包括以下步驟步驟1、生成初始可行調(diào)度方案；步驟2、計(jì)算任務(wù)的自由時(shí)差，識別關(guān)鍵鏈；步驟3、采用兩種經(jīng)典量化方法計(jì)算緩沖大小，選擇較優(yōu)者通過調(diào)整策略對緩沖大小進(jìn)行調(diào)整；步驟4、生成緩沖調(diào)度方案，輸出結(jié)果。本發(fā)明考慮了影響調(diào)度方案魯棒性的兩個(gè)重要因素，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度和資源松緊度。將其引入到緩沖量化方法中，使調(diào)度方案能更好地應(yīng)對項(xiàng)目中的不確定性。該方法可以在保證調(diào)度方案的可行性的基礎(chǔ)上得到合理的緩沖插入方案。它在優(yōu)化調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域里具有實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G06Q10/06GK102609820SQ201210035939
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者林樹民, 蔡開元, 鄭征, 郭澤 申請人:北京航空航天大學(xué)