基于时差特性的关键链识别和接驳缓冲设置研究

摘要

1997年以色列博士Goldratt将由他在生产制造领域里提出的的约束理论，向项目管理领域横向延伸和拓展，提出了关键链项目管理理论；该理论在人类行为假设的前提下，综合考虑资源约束与项目实施环境的动态性，运用三种缓冲布置，来保护项目中满足各种约束关系的最长链—关键链的稳定与关键活动的顺利完成，配合缓冲监控技术致力于项目的整体达优性。随着该理论在实践中，尤其在不确定性程度较高的项目实践中取得了成功，关键链管理方法受到了企业界和学术界的广泛关注，并成为项目管理领域新的研究热点。
　　本文针对关键链管理理论中的核心问题—关键链识别和接驳缓冲设置问题，从活动的时差特性角度展开了研究。主要内容如下：
　　首先，针对CCPM调度理论的基本问题—关键链识别问题，建立了基于活动重心定理的两阶段关键链启发式识别算法：第一阶段运用活动的重心作为优先规则，建立针对经典资源受限项目问题的求解方法—迭代重心法；第二阶段根据第一阶段的计算结果，运用活动参数对比，或者动态规划的方法识别关键链，并将由此求得的计划方案作为后续缓冲设置研究的基础。
　　活动的重心由活动的最早开始时间，总时差和活动的工期构成，包含的信息量较传统的单信息量优先规则（最小时差、最晚完成时间等）丰富；正反向迭代技术也是一种简便易行的优化算法；在新构建的迭代算法中，设计链接关系，每一次迭代次都将上一次计算结果传递到下一次迭代中，使得活动的优先值具有动态性。优先规则信息的丰富性和活动优先值的动态性赋予了I-ACG方法较好地计算结果。其次，经过正、反向迭代计算，在Patterson110问题集上，80％以上的问题都能同时得到最优、近优资源可行计划，大大简化了关键链的识别过程。
　　其次，针对多条等长关键链的选择问题，提出了多条关键链之分支截选法。对Patterson110问题集解决方案的统计数据说明，多条关键链是一个常见而不被重视的问题。人们从常识性感知上认为可以任选一条关键链作为项目的关键链，其它则作为非关键链进行计划的调度。论文从分析RCPSP问题下资源冲突类型入手，提出了“对”活动资源冲突和“组”活动资源冲突概念；拓展CPM网络下传统时差概念，针对RCPSP问题资源限制特点，建立了优先关系总时差和资源关系总时差概念，并据此提出活动的关键度指标（ACI）一值。通过ACI、资源冲突类型差异化活动优先级别，提出了多条关键链选择之分支截选法。并通过仿真实验验证明，看似等长的关键链在相同的模拟运行环境下是存在差异的，通过论文提出的方法选出的关键链在完工期表现上优于选择其它关键链。
　　针对接驳缓冲（FB）的计算优化问题，基于根方差法计算方法，从活动的独立时差特性角度提出了接驳缓冲设置的独立时差策略。时差具有网络内生性，并不是人为赋予的时间值。虽然在RCPSP问题下，问题的求解及时差的计算都较为复杂，但是当非关键链上包含拥有独立时差的活动，且满足相关判断准则的例外活动（EA）存在时，只需在项目计划阶段充分利用独立时差的特性，对例外活动的计划开始时间较RSEM计算方法做出修正，实验分析表明，即没有增加计算难度，也没有复杂调度过程，就有效地改善了项目计划完工期和及时完工率。
　　利用缓冲思想进行计划调度，在插入接驳缓冲时会引发关键链转移，非关键链溢出以及可能资源冲突等问题。现有接驳缓冲设置方法，在接驳缓冲接入点上忽略了计划求解过程中建立的资源链关系。为此，论文提出在当前接驳缓冲接入点的基础上，增加资源型接入点；将接驳缓冲接入点分为三类，根据不同的接入点类型，选择不同的FB计算方法；并将FB的设置和项目缓冲分配相结合，提出了复合FB设置法。该方法在计划的调度过程中，突出RCPSP问题中根本的资源矛盾性，将部分项目缓冲前置于关键链上的关键点处，符合约束理论最大化瓶颈效率的基本思想。仿真实验证明，复合接驳缓冲设置法显著提高了项目及时完工率和调度计划的稳定性。

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1 绪论

1.1 选题背景与研究的意义

1.2 研究方法与技术路线

1.3 论文的总体结构与主要创新点

2 文献综述

2.1 对CCPM基本思想的辩证研究

2.2 对CCPM实施方法的研究

2.3 关于时差特性的研究

2.4 小结

3 基于活动重心定理的关键链识别方法

3.1 概述

3.2 活动的重心及重心定理

3.3 基于活动重心定理的关键链识别法-迭代重心法

3.4 I-ACG算法的验证

3.5 本章小结

4 基于活动时差的多条关键链选择法

4.1 概述

4.2 RCPSP问题的活动时差及活动关键度指数

4.3 分支截选法（Branch and Cutting Approach，BCA）

4.4 算例

4.5 仿真验证分析

4.6 本章小结

5 接驳缓冲设置中的独立时差策略

5.1 概述

5.2 独立时差的概念与性质

5.3 RCPSP问题活动的自由时差和独立时差

5.4 应用独立时差的FB设置法

5.5 算例分析

5.6 仿真实验分析

5.7 小结

6 复合接驳缓冲设置法

6.1 概述

6.2 复合FB设置方法

6.3 算例分析

6.4 仿真实验分析

6.5 小结

7 全文总结与研究展望

7.1 全文总结

7.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位论文期间发表的论文目录