鲁棒性项目调度模型与方法研究

本书凝聚了作者近年来在不确定性项目调度优化方面的研究工作，从多个方面对鲁棒性项目调度开展深入探索。主要内容包括：基于时差效用函数的双目标资源约束型鲁棒性项目调度问题、基于鲁棒性的双目标离散时间—费用权衡问题、基于鲁棒性目标的关键链项目调度新方法、随机资源受限的鲁棒性项目调度问题、不确定情形下项目进展过程的财务状态评估方法等一些新的研究问题。对所研究的每种问题都构建了数学优化模型并设计了相应的超启发式求解算法或准确算法，通过大规模数值仿真测试验证了多个模型及算法的有效性。之后，从实践操作角度，详细地探究了如何构建大规模数值仿真实验的相关问题；进而以求解资源约束型项目调度问题的遗传算法为载体，研究了基于面向对象技术实现算法的程序设计思路及代码编写。此外，理论与方法的阐述相配合，对某些新的模型和求解方法，选择了典型的数值实例进行说明，以增加理论与实践的结合。本书可作为管理科学与工程、工商管理、工程管理及相关管理专业的高年级本科生、硕士生以及博士生、项目管理专业人员开展理论研究的参考用书；同时，本书也为从事项目管理实践工作的人员提供了决策指导作用。

张静文，女，博士，西北工业大学管理学院教授，毕业于西安交通大学管理学院，曾作为国家公派访问学者赴美国North Carolina State University交流访问，担任国家自然科学基金通讯评议专家、中国运筹学会行为运筹与管理分会等专业学会的理事，并担任《European Journal of Operational Research》《Applied Mathematics and Computation》及《管理科学学报》等靠前外期刊的审稿人。
张静文教授长期从事项目管理、运筹及调度理论等方面的教学和科研工作。她已主持国家自然科学基金2项，教育部人文社会科学基金、航空科学基金及其他省部级基金多项，获中国博士后科学基金特别资助和一等资助，在靠前外学术期刊及靠前会议以靠前作者发表学术论文近30篇，出版学术专著1部，并以靠前完成人获得陕西高等学校科学技术一等奖1项，以第二完成人获得陕西省科学技术二等奖1项。

前言
第1章项目调度问题的核心模型及研究脉络
1.1基本RCPSP
1.2两类项目调度问题
1.2.1确定型项目调度
1.2.2不确定型项目调度
1.3研究脉络及方法
1.4项目调度问题算例库和特征参数
1.4.1典型算例库
1.4.2特征参数
1.5本书的内容和结构
第2章确定型资源约束项目调度模型与算法
2.1基本RCPSP的解空间
2.1.1基本RCPSP解的特征
2.1.2求解基本RCPSP的精确算法
2.2求解基本RCPSP的启发式算法
2.2.1调度计划生成机制
2.2.2优先规则的启发式算法
2.2.3超启发式算法
2.3多模式资源约束型项目调度问题
2.3.1MRCPSP的优化模型
2.3.2MRCPSP模型的解空间特征
2.4非工期目标的项目调度问题
2.4.1基本RCPSP的变体
2.4.2多种资源约束型的Max-NPV时间—费用权衡
第3章鲁棒性多目标项目调度
3.1鲁棒性项目调度问题概况
3.1.1实践背景
3.1.2研究进展
3.2双目标资源约束型鲁棒性项目调度
3.2.1问题描述及模型构建
3.2.2求解BORRCPSP的NSGA-II算法
3.2.3实验设计及结果分析
3.3反应性调度程序
第4章鲁棒性关键链项目调度方法
4.1关键链方法的现状及问题
4.1.1关键链方法概述及缓冲设置
4.1.2关键链和非关键链的识别
4.2关键链方法中的二次资源冲突困境
4.2.1二次资源冲突困境
4.2.2发生二次资源冲突的条件
4.3消除二次资源冲突的策略及鲁棒性指标
4.3.1消除二次资源冲突的鲁棒性策略
4.3.2基于二次资源冲突消除策略的鲁棒性指标设计
4.4基于鲁棒性目标的关键链项目调度优化
4.4.1问题描述及模型构建
4.4.2CCPSP-R优化模型求解
4.4.3试验测试及结果分析
第5章随机资源约束型鲁棒性项目调度
5.1随机资源约束项目调度问题模型及特点
5.1.1SRCPSP模型及特点
5.1.2Graham怪象
5.2随机资源受限的鲁棒项目调度问题
5.2.1问题描述及模型构建
5.2.2RRCPSP-RAD模型求解
5.2.3测试实验及结果分析
5.3联合优化算法求解SRCPSP
5.3.1建模及求解
5.3.2算例分析
第6章不确定环境下项目财务状态评估方法
6.1随机活动工期下的项目进度
6.2不确定情形下的山笛形状
6.2.1“山笛形状”描述
6.2.2模型特征及算法设计
6.2.3基于AoU的财务状态评估
6.3大规模数值实验
6.3.1实验设计及参数配置
6.3.2实验指标及结果
6.4干扰项目调度概述
6.4.1问题描述
6.4.2干扰项目调度问题的研究思路
第7章面向对象的算法实现及大规模数值实验
7.1超启发式算法的编码方案
7.2遗传算法求解基本RCPSP
7.2.1算法框架
7.2.2遗传进化过程
7.3面向对象技术的算法编程
7.3.1算法运行中类的抽象
7.3.2算法中关键模块的代码实现
7.4大规模数值实验
7.4.1算例产生及测试指标
7.4.2算例的格式化数据读入
附录
附录A项目调度问题发生器ProGen的EXPL.BAS文件
附录B基本RCPSP的格式化数据文件
参考文献

随着我国政府倡导的“一带一路”基础设施建设先行战略规划的出台和亚洲基础设施投资银行的开业，沿线国家将迎来新一轮的投资热潮。在此背景下中国企业“走出去”的规模和力度将突飞猛进，相伴而生的项目机遇蓝海时代也即将到来，而科学高效的项目管理方式将助力中国企业把握“一带一路”的发展契机。此外，随着我国城镇化发展进程的加快，各类投资项目尤其是建设投资必将成为引领中国经济未来十几年持续稳定增长的重要引擎。如何把握内外部的机遇与挑战，探索新型合作模式并有效应对各类项目风险，打造与国际标准接轨的项目执行力及企业核心竞争力已显得尤为迫切。体现到微观层面，如何安全高效地把控项目的实施过程，对承包企业的获利水平乃至国家的声誉都有重要影响，因此研究不确定环境下的项目进度管理符合社会经济发展的大趋势。当前，项目管理的发展已呈现出全球化、多元化和专业化等特点。项目调度优化理论作为项目管理中的经典核心内容，是项目管理科学性的集中体现。合理的调度计划是降低成本、提高质量、缩短周期以及应对变化的重要保证。受项目管理实践发展的驱动，一些新的需求和问题不断涌现并亟待解决，这些新问题也需要通过总结、凝练向理论层面提升并探索科学的解决方法。近年来，不确定环境下的项目进度决策已引起广泛关注，成为当前项目调度优化理论中的研究热点。    目前已有的项目管理方面的图书多从项目组织、管理和实施的角度概要介绍项目管理的理念和知识体系，尽管内容涵盖了项目管理的全过程，但是对项目调度优化理论深入探索的书籍较少。虽然为数不多的著作对项目调度优化理论的发展做出了巨大贡献，然而其研究内容主要集中在确定情形下的项目调度优化问题上，不确定情形下的项目调度优化问题研究还相对较少，相关的专著更少。但是，确定情形下传统的项目调度理论与方法已不适用于复杂多变的项目实施环境。对此，研究者需从实践中提取科学问题，构建新的组合优化模型，分析模型的数理结构特征及计算复杂性，设计与模型契合度高的算法并分析模型和算法的有效性。鲁棒性项目调度作为研究不确定情形下项目进度管理的一种重要方法，旨在考虑如何建立不确定性因素对项目实施过程影响的模型，并得到鲁棒性强的项目调度决策方案。2011年，项目调度优化领域的国际知名学者Demeulemeester与Herroelen出版了专著《Robust Project Scheduling》，该书通过建模求解的方式研究了几个单目标鲁棒性项目调度优化问题。目前，对于不确定情形下项目进度管理的研究仍处于起步阶段，许多复杂多变环境下的项目实施过程还需要更完善的理论和方法来指导，本书正是基于此开展了相关的研究。作者所在的课题组长期从事项目进度管理的探索研究，在项目调度优化理论与方法方面有着长期的积累和深入的研究。本书总结了作者近年来在不确定项目调度优化方面的主要研究工作，创新之处包括以下四个方面。    (1) 从鲁棒性和多目标两个角度拓展了最基本的资源约束型项目调度模型。以时差效用函数为鲁棒性指标，提出并构建了同时包含项目工期和调度方案稳定性的双目标资源约束型鲁棒项目调度模型，设计了一种调整的快速非支配性排序多目标遗传进化算法NSGA-II求解模型。    (2) 针对传统关键链方法中最棘手的“二次资源冲突”，剖析了其产生机理；从鲁棒性优化角度提出了一种启发式局部重调度协调策略并设计了量化指标，基于鲁棒性目标构建模型并求解，形成了鲁棒性关键链项目调度新理论与方法。    (3) 整合了鲁棒调度和随机调度两种调度方法。从解的鲁棒性角度，形成了鲁棒性随机资源约束型项目调度（SRCPSP）模型并设计了禁忌搜索算法求解；从质量鲁棒性角度，构建了以按期完工率为目标的SRCPSP模型，开发了将启发式智能算法与离散仿真技术相结合的联合优化算法求解模型。通过大规模数值测试或实例展示，研究结果很好地验证了随机资源受限的鲁棒性项目调度优化模型、求解模型的智能优化和联合优化算法的有效性。    (4) 提出了不确定情形下项目进展过程的财务状态分析方法。将活动工期和费用同时建模为随机变量，首次采用“山笛形状”描述了具有时间进化特征的累积费用曲线族的存在及分布形态，基于随机规划理论给出其数学表达式；基于“山笛形状”提出了随机活动工期和费用情形下的项目财务状态评估方法。    从操作角度，探究了采用面向对象方法实现项目调度问题求解算法的核心技术，进而介绍了基于程序的大规模数值测试实验的内容。 本书整体遵循了“提出问题→量化分析并建模→模型求解→解决效果分析”的系统思路，综合运用了运筹学、管理学、随机规划理论、多目标规划理论、算法设计技术、系统仿真、编程技术等多学科的方法开展研究。    本书是作者在项目调度管理方面的第二本著作，已出版的第一本专著《项目调度优化模型与方法的拓展》集中探索了确定情形下的多个项目调度优化问题，其中也涉及少量的鲁棒性项目调度理论，因此可以说第一本专著是本书的前期雏形；本书则专门深入细致地研究多个鲁棒性项目调度问题的优化模型和方法。此外，本书还修正了第一本专著在基本模型描述章节中的一些细节性疏漏。在本书的撰写过程中，作者直接或间接地引用和参考了国内外项目调度方面的多种文献和书籍，前人相关的研究成果是作者开展研究工作的基础，在此首先向相关作者和出版机构表示诚挚的感谢！其次，本书中的部分研究成果是在国家自然科学基金“干扰管理视角下大型复杂工程项目多目标鲁棒调度优化”(编号：71572148)等几个项目的支持下取得的；本书作者的几位研究生，西北工业大学管理学院的乔传卓、刘耕涛、孙婷等参加了相关课题的研究工作，在此一并表示感谢！    虽然书稿进行了反复修改，但由于作者水平有限，仍难免存在错漏之处，恳请各位专家和学者不吝指正。    张静文