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建设企业多项目管理中的资源调度问题解析

时间:2018-12-21   来源:《建材与装饰》作者:陈俊娟 刘东海
       摘要:本文在大量文献的基础上也着重从定量方面研究多项目资源受限调度问题。对该调度问题建立数学模型,并设计求解算法,为建筑施工企业实际操作提供了有效的决策支持,也可为其他行业的企业提供参考。
       关键词:建设企业;多项目管理;资源调度
       前言
       国内建设企业的改革正在向施工设计总承包和专业总承包方向发展,逐步实现由现行的劳动力密集型向知识密集型、管理密集型的企业模型转变。对于有多个在建项目的大型建设企业而言,多项目同时运作是这些企业的特点,特别受“一带一路”战略推动,承建的项目多具备沿交通运输线路或海岸线分部的新特征。因此建立具有相同地域属性、资源属性、目标属性等多项目管理方法,实施统一控制和管理,提高企业组织管理和合作效率,实现整体效益最优,对大型建筑施工企业在“一带一路”战略新常态下的持续发展具有重要的指导意义。
       1.建立多项目资源受限项目调度问题的数学模型
       假设建设企业有N个在建项目,其中第i个项目有pi个任务,N个项目共同使用K种资源,第k种资源可供使用的总量为Rk。对于多项目资源调度任务,其主要受两个约束的限制:①项目的时序约束,即单项目的任务在业务逻辑上符合时序约束,每一个任务须在所有紧前任务完成之后才能执行;②资源约束,即任务在执行时所要调度的资源不能大于资源当时的可用量。因此,基于项目的时序约束和资源约束,对于多项目资源调度问题,可以用多种优化目标作为评价指标建立数学模型。本研究中以最小化项目时间为目标建立数学模型。
       2.求解多项目资源受限调度问题的自适应遗传算法
       一般来说,在建项目以及其子任务众多且复杂,再加上资源受限的情况,优化求解空间大,使用传统的组合优化方法求解该问题计算困难。因此,对于复杂多变的资源调度问题,本研究设计了一个自适应的遗传算法对多项目资源受限调度问题进行求解,采用启发式算法搜索解空间。遗传算法通过模拟生物的进化机制与过程来求解最优化问题。遗传算法具有并行性和全局搜索的特点,其对参数集合进行编码并进行操作,通过设定的目标函数来了解当前种群的状态并来引导搜索,在种群遗传过程中引入了随机性,提高了算法的鲁棒性。经典遗传算法存在收敛速度慢、稳定性差等问题,自适应遗传算法是针对于经典遗传算法的改进,通过在遗传算法的整体框架内加入自适应评价,进一步提高遗传算法的鲁棒性。
       3.算例分析
       本文以某港口建设企业的建设项目为例,以最小化项目时间为目标,对企业资源有限下的多项目调度问题进行研究。每个项目包含9个任务,并共享7种资源。不同项目任务对资源的需求以及工期时间各不相同,对资源的需求以及工期长短具体情况
如表 1~2 所示。
表2
       表1中,第1列数字表示三个项目中各有的9项任务,第2、3、4列数字表示每个任务在不同项目中完成所需工期。表2中,第1列数字表示三个项目中各有的9项任务,第2列数字表示每个任务所需的资源种类,第3、4、5列数字表示每个任务在不同项目中所需资源的数量。三个项目中各任务的时序约束相同,其时序关系用网络图表示,如图1所示,图中圆内的字母代表所在项目中任务编号,箭头所指的任务一定在箭尾所指任务完工后才能开工。在无资源约束条件下,已知各任务的工期和时序约束时,不采用传统的网络优化算法,如动态规划,标号法等,而利用本文设计的算法,可以计算出各个任务的开工时间使所有三个项目的总完工时间最短。表3列出了使用本文设计的自适应遗传算法所得各项目中每个任务的完工时间。利用本文所设计的遗传算法对此例在资源受限的情况进行求解,得到三个项目的一个可行调度计划。所求得的可行调度结果见表4。
 
       表4中第1列为表示三个项目中各有9项任务,第2~6列中的数字为每个任务的开工时间和完工时间,其中ST表示任务开工时间,FT表示任务完工时间。例如表中第3行中第4、5列所对应的7和11表示项目2中第一个任务从7时开工持续到11时完工。表4也可以转化成常用来表示调度任务的甘特图。项目公司可对具体项目实行过程中的任务进行统筹安排,提高项目执行效率。上述的自适应算法是基于多项目资源配置的优化模型所设计的,有两个约束条件,分别是时序约束和资源约束。单项目的任务在业务逻辑上符合时序约束,每一个任务须在所有紧前任务完成之后才能执行,一旦项目给定,项目的时序约束也就确定了,但在实际决策中项目的资源约束存在多种选择:①在所需资源充裕的情况下,可以不受资源条件约束,仅针对项目持续工期长短进行优化,从而缩减时间成本;②在项目资源供应紧张的情况下,所有优化决策要同时考虑资源分配和工期规划,在资源约束条件下进行项目工期最短的优化配置。因此,以上算例分别对无资源约束条件和有资源约束条件的情况,对在建的三个工程进行了资源的优化配置,特别是涉及到三个项目需要共享资源的设计、采购流程的人力资源和施工阶段的大型船机设备资源的优化与配置,为企业进行多项目规划和管理提供了有力的决策支持,赢得了良好经济效益和行业声誉。
       5.结论
       通过研究,得出以下结论:
       (1)本研究通过建立相应的数学模型,并采用自适应遗传算法进行求解,分析算例结果,为建设企业实施多项目管理中的资源调度提供了一种可行且可靠的技术手段。
       (2)随着国际市场的开拓和劳动资源进一步的合理化分布,本文对于资源分配合理化研究的结果也为其他行业存在类似资源配置的问题提供了一定的参考思路。
       (3)在未来的研究工作中,可以考虑跨地域作业情况下,各种类型企业在资源调度中的时差问题,使研究内容更加符合新时期下建设企业的市场需求。同时,作者进行项目分析时,为了简化模型和其计算过程,做了多个项目同质性的假设,即三个项目包含的任务数和共享资源种类数相同。而实际的在建项目,特别是在不同国家或者地区,或者不同类型的建设项目,模型建立和计算时还要考虑更多更为复杂的其他因素。
       同时,考虑到多项目管理和资源分配问题在国民生产各个领域的通用性和迫切的需要,提出以下对策和建议:
       (1)对于企业来说,多项目建设规划是企业发展必须要面对和处理的关键问题。资源利用是否充分以及资源分配是否合理是决定企业盈利的主要因素。因此在任何项目群执行初期,就应针对项目类型、资源种类,引入并进行合理的资源统筹规划,对项目所用资源类型、种类、及项目任务工期进行充分计算,以使企业利润最大化。
       (2)资源配置模型应当符合本企业的实际情况,因此建议将每次模型计算结果与项目实际执行情况进行反复比对和修正,形成适应本单位本行业的专用资源分配动态模型,使得资源分配和项目任务规划更加合理,从而为建设企业的发展服务。
       6.结束语
       随着社会经济的发展,建设企业需要向知识和管理密集型企业转变,对于管理方法和技术的提升日益迫切,特别是随着国家“一带一路”战略的展开,建设企业所从事和面临的大型基础设施项目的复杂程度和地域分布将更加广泛。因此,大型复杂多项目管理中资源调度的分析和能力就显得愈加迫切。本文对多项目管理中的核心问题———资源约束下的调度问题展开研究,以期能够尽量最大化企业的生产效率,从而进一步使中国建设企业在国际市场中的核心竞争力得到提升。(本文2016年发表于《建材与装饰》)
       作者介绍:陈俊娟 1 刘东海 2(1.铁岭市建设工程勘察设计管理办公室 112600 2.铁岭市建筑设计院银州分院 112600)
       参考文献
[1]王孟钧,崔忠东,宋程鹏.大型建筑企业运作F-EPC项目的战略构思[J].土木工程与管理学报,2013,30(1):56~61.
[2]倪霖,周林,景熠.考虑资源闲置成本的多项目调度问题研究[J].计算机应用研究,2013(1).
[3]徐赐军,李爱平,刘雪梅.基于资源推拉技术的多项目调度算法[J].计算机集成制造系统,2010(6):1246~1254.
 
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