有关水模型的计划排程进一步研究
导读：近几十年来，项目计划排程的研究取得了很大进展，也产生了许多成果，如甘特图法、计划评审技术、关键路径法等。但这些方法在实际应用中也有一定的限制或缺陷，比如由十已有环境中在项目管理的投入，新的系统在实际应用中将显得比较困难。由本站硕士论文中心整理。
1绪论
1.1课题的来源、目的和意义
课题的来源
本文的研究内容来源自国家863先进制造与自动化技术领域c工MS方向专题项目《船舶行业CAPP解决方案研发与应用推广》(项目代号:2007AA040501)，以及开目软件技术平台产品的发展需要。
制造业企业内部由十众多的可变因素，导致项目计划排程有较大的不确定性，比如需要插入新增任务或者适应资源状况变化，如果不能及时调整排程，容易导致某个时间段内或者某些工作成员承担较高负荷甚至超负荷。当前在解决项目计划等类问题上各大软件公司也推出了很多计算机辅助系统，目前比较流行的项目管理工具主要有:微软公司的Ms Project2003, Primavera公司的P3E, IBM的PMOffice, Artemis公司的Artemis Views 4等。但这些方法在实际应用中也有一定的限制或缺陷，[匕如导致对信J息化投入的资源浪费等。
项目计划排程作为信息化的重要手段，但由十项目排程系统自身的局限性，往往表现出系统研究与当前应用环境的脱节，随着企业信息化的发展，大多数企业都或多或少拥有自己的一套软件系统，比如开目公司推出的PDM系统，虽然在对项目计划进行跟踪控制有一定的缺陷，但它已经包含项目管理的功能，在任务管理和文档管理上已经有了很好的组织模式，单独的为其添加一个强大的项目计划排程系统显得过十臃肿多余，从节约成本，保护已有投资来看，这不是一个有效的方案。企业在信息化发展中，如何在已有的基础上构建满足整体需求、构建一体化的项目管理平台将是一个重要课题。
2.课题的目的
本文针对企业对项目计划排程系统的需求，依据当前企业信息化的环境，结合当前制造业信息系统所面临的问题，在开目公司软件技术平台产品基础上，确立了本课题的主要目的:研究项目计划排程系统在当前信息化环境中的所处的地位，结合已有的信息化环境提出了一种快速的项目计划排程的算法，并就当前制造业信息化的发展趋势，研究了项目计划排程系统与当前企业信息化平台集成的关键技术，为信息系统集成提供技术、方法和工具上支持，并在此基础上提出了一种解决分布式环境下的权限管理解决方案。
3.课题的意义
应用项目计划排程软件是企业应对竞争环境的重要途径。近几十年来，项目计划排程的研究取得了很大进展，也产生了许多成果，如甘特图法、计划评审技术、关键路径法等。但这些方法在实际应用中也有一定的限制或缺陷，比如由十已有环境中在项目管理的投入，新的系统在实际应用中将显得比较困难。通过本课题的研究，本文在已有的信息化环境中研究了一种快速的项目排程算法，利用该算法可以有效地根据成员的负荷调整成员的任务安排，调整快捷，可以很有效的实现交互控制和响应任务变更，该算法的研究对十丰富项目计划排程的算法实例具有重要的意义。
同日寸项目计划排程系统作为企业信息化的一部分，与其他的系统进行交互操作是当前信息化发展的必然需求，解决系统间的信息交互、功能补充，集成是必然的选择。当前陆续发展起来的一些基十已有信息化平台的系统集成解决方案很多都属十起步阶段，功能相对来说比较单一，技术也较为落后。本课题希一望通过研究项目计划排程系统与当前信息化环境的有效集成，找到一个契合当前企业信息化状况的解决方案，对丰富制造业信息化成套方案样例，研制行业通用的集成平台有着重要的意义，在此基础上推动应用系统集成技术的完善具有较为重要的意义。
1.2课题研究的背景
2.1项目计划排程的研究现状
项目计划排程作为现代项目管理的重要组成部分，不仅直接关系到项目能否按预期的工期完成，也影响到项目的费用以及项目最终绩效。
随着科学技术的发展，新技术的广泛应用，科技含量高的生产系统使得生产过程自动化程度进一步提升，生产过程在更高效合理运作的同时，项目本身的特点也发生着显著的变化。项目生存空间所跨越的地域越来越大，项目自身的复杂性和不确定性也不断增加，项目在趋十大型化和复杂化的同时，由十行业的划分越来越细，项目往往需要多个企业的合作才能完成，这些原因促成各行业对项目计划排程更强的依赖性。
排程问题通常是对具体生产环境的抽象，由十实际问题的通常是动态目_不止一个目标，导致排程问题是一个复杂的课题。项目计划排程算法的研究已经有几十年的历史，但由十实际中项目的生产环境是千差万别的，使用排程算法应该根据其对应的生产环境的特征进行评估，从选择合适的排程算法。当前主要有以下几种方法用的比较普遍。
(I)派工方法:通常以简单的准则来对项目工作进行排序，该方法较适合十简单的派工问题，对较复杂的排程问题，往往很难或无法求得最佳解。排程准则简单易懂，容易被使用者所理解，常用的派工准则有最短加工时间法最长加工时间法(L PT)、先进先出法(FIFO)、最早到期口法((EDD)等[2]。这种方法以特定的规则对项目进行排程，只解决该排程问题的一个方面，往往只能达到排程的部分目标。基十不同的规则之间产生的排程结果不一定相同甚至出现冲突，此时就需要依据排程者对具体问题进行考虑以选择特定的实现目标的排程结果，这需要使用者有丰富的项目经验。派工法不是一个普遍的法则，即使在相似的生产环境中，派工法也不能随便拿来应用，更不用说当排程问题考虑的因素不同实标迥异的情况。排程问题通常是多种规则的混合使用，以处理排程中的各种因素，不过此时也就难以判断基十不同因素的排程结果的优劣。但是一些简单的派工法则往往会被纳入到其他的解法中，作为一种辅助工具以判定冲突。
(2)数学规划法:它是较早应用十离散事件动态系统的建模方法之一，其理论基础是排队论和线性规划，其主要研究系统在约束条件求得最优化的解的过程，这种方法是运筹学的分支，利用线性规划理论建立起的系统模型通常可用十生产率和平均生产时间等问题的分析，多应用十小型的排程问题。
数学规划法以一种客观量化的表达式，将复杂的问题分解，通过将实际因素转化为各种数学变量，并引入各种限制同时进行花间，容易建立针对特定目标或准则的数
学模型，在理论上可以求得问题的最优解。但如果当建立的数学模型能如实的反映实际问题时，通常该方法能取得很好的排程结果。但通常由十很多实际因素无法用数学模型来描述，或者需要考虑的实际因素过多，建立起来的数学模型就很难反映所有的实际影响因素，这时就会因为引入了过多的影响因子来假设实际情况的影响}fn与实际问题相差太大。
(3)启发式算法是相对十最优化算法提出的。启发式算法可以这样定义:一个基十直观或经验构造的算法，在可接受的时间或空间花费下给出待解决组合优化问题每一个实例的一个可行解，该可行解与最佳解的偏离程度事先并不一定可以预计。启发式算法尝试着一次提供一个或全部目标的解。例如它常能发现很合适的解，但也没办法
保证它不会得到较差的解;它通常可以在合理时间解出答案，但也没办法知道它是否每次都可以这样的速度求解。
启发式法则的优点:容易构建，可以适应排程问题的动态变化;缺点:启发式算法并不能总是可以找到最佳解，目_该算法不是一种通用的算法，其有对应的工作环境。
算法在设计上有许多技巧，应用效果会因技术人员的经验不同有很大的差异。
利用启发式算法解决排程问题的应用研究非常多，例如:以遗传算法用十求解零工式计划排程问题，利用遗传算法l结合类神经网络来求解零工式计划排程问题;唐等推荐使用的NEH启发式算法[6}; Baker and Bertrand针对单目标低延迟(Tardiness)的问题，提出一个效果良好的MDD (Modified Due Date)启发式算法。
Alidaee and Gopalan与Rachamadugu等人[sl解释了MDD法则与PSK及WI两种启发式方法在本质上其实是共通的，目一其在最优序列(Optimal Sequence)排程问题中，相邻工作会与此MDD法则的相关特性比较符合o Potts则使用拉格朗口松弛法(Lagrangian Relaxation)求得下限值(Lower Bound，用以减少分支界限求解时间与增加求解工作个数等;Sridharan and Zhou研究了工作与机器可开始时间不l司的动态排程(Dynamic Scheduling)问题，提出了一个启发式法则并用其作为开始时间的上限值(Initial Upper Bound)来拓展了分支界限法的应用。
(4)仿真法，仿真法是应用计算机仿真软件来模拟仿真实际制造业生产过程中的事件与行动的逻辑关系，利用对实际环境的模拟仿真可以很直观地分析比较系统数学模型的性能优劣，进得出贴近实际的结构参数。不过在生产过程中，排程问题往往无法用精确的数学模型进行描述，因此需要多次测试各种排程法则，进选择合适的系统模型。仿真法能以较低的成本仿真运行实际问题的数学模型，测试各种排程法则的优劣性，从选择出最佳的排程控制方案，故该方法通常用十各种启发式近似算法的性能评估。仿真法在早期通常作为一种辅助工具来测试各种排程法则的优劣性，不过由十仿真法能比较方便快捷的仿真各种排程法则，随着组合式排程法则的应用及其在排程问题上优十单一的法则，仿真法经常被用十组合式排程法则的仿真问题，借由排程人员的知识与经验，可以通过仿真方式快速地动态分析各类排程法则组合以后的系统性能及参数模型，仿真法渐渐成为一种重要的排程问题解决方法。
仿真法能以添加影响因子的方式动态地引入各类排程问题实际环境带来影响，进最大程度的模拟实际问题，特别对十某些无法用数学模型进行描述的排程问题更为适用。但是仿真法并不能直接寻找排程问题的解决方案，往往是在系统模型方案已经生成的情况下，评估该模型的动态性能及其参数。故仿真法通常用十对已生成的系统模型方案的进行评估，进得到各种方案及其组合的特点和优劣。
排程问题通常是具有NP困难问题，虽然对排程算法的研究已经有了漫长的几十年历史，但还没一套系统的理论方法能够全面的覆盖排程问题，即使是在现有的许多方
法中，其理论研究与实际应用也往往有很大的差距，很多问题都需要进一步的研究，尤其是随着系统响应动态变化的思想广泛采用，排程遇到的问题也越来越严重。
在实际应用中，虽然现有的排程算法能够响应系统的动态变化，但往往得不到合适的排程结果。比如使用最优化的方法可以获得最优的排程结果，但基十最优化的方法如动态规划法，寻找理想的多项式以求得最优解是不可能的，因为在建立理想多项式模型往往需要巨量的排程问题，故通常在建立算法模型时，通常采用的只是排程问题的部分枚举，以此方法可以大大降低计算的复杂度，但伴随着简化了的计算方法后，往往是对很多实际因素的忽略，这就导致该算法的结果在实际应用中有较大的差距。采用各种启发式方法，这类算法可以在时间付出的条件下取得比较符合项目需求的排程结果，但此类方法由十是最优排程结果的近似，得到的排程结果的次优性是无法评估的，判断该解是不是最优解是比较困难的，在实际排程中，有时就需要探索以求获得更优的排程结果，比如采用以时间换次优性的方法，通过延长计算时来提高排程解的次优性。基十统计的最优化方法如遗传算法为排程优化问题提供了一种新途径，但同理，该算法也存在着枚举，该算法由十最优解熟练的很慢，判断排程结果的最优性也存在一定的问题。诸如此类，还有很多排程实际问题有待进一步研究。
通过以上分析，我们知道当前的项目管理理论和方法还不能满足相待企业项目管理的实际需求，排程问题是一个艰巨的课题，排程理论、各种排程方法及其应用有待进一步研究，人们也正在进行着各种努力和课题研究以便提出更为实际和有效的项目计划排程方法。
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摘要 4-5
ABSTRACT 5
1 绪论 8-16
1.1 课题的来源、目的和意义 8-9
1.2 课题研究的背景 9-14
1.3 课题的主要工作 14-16
2 项目排程系统的功能模块的设计 16-31
2.1 基于水模型算法的项目排程系统技术细节 16-25
2.2 多用户排程系统权限控制模块解决方案 25-30
2.3 本章小结 30-31
3 项目排程与信息系统的交互 31-40
3.1 项目排程系统集成的需求分析 31-32
3.2 项目排程系统集成的解决方案及关键技术 32-36
3.3 项目排程系统的集成框架分析 36-39
3.4 本章小结 39-40
4 项目排程系统集成模块的开发 40-56
4.1 利用界面自动化以实现交互 40-47
4.2 利用工作流技术以实现交互 47-55
4.3 本章小结 55-56
5 项目排程系统在实际中的应用 56-63
5.1 项目排程功能模块的应用效果 56-58
5.2 项目排程系统的集成实现过程 58-62
5.3 本章小结 62-63
6 全文总结与展望 63-65
6.1 工作总结 63-64
6.2 后期展望 64-65
致谢 65-66
参考文献 66-69
附录 攻读硕士学位期间发表的文章 69
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