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现代的经济生产活动中,无论是产品的研制开发、生产加工,还是复杂的科学研究,或是大型工程的规划及施工等,都必须经过科学的组织分析和严密的计划安排,来确定要做什么、怎么做、谁去做、什么时候开始、什么时候结束、使用什么工具设备、需要什么材料资源等。这些活动往往被称作任务或项目。项目管理集中体现在对成本、质量、进度三方面的计划与控制上,这三者又是相互影响、相互联系、相互制约的。随着社会的不断发展,人类的经济生产活动规模也日益庞大,项目管理也日趋复杂和困难,于是项目管理方法随之诞生,并不断发展。
项目管理的技术与方法从20世纪在美国诞生,经历了横道图法、里程碑计划法、关键线路法、计划评审技术、模拟法、工期压缩法等。横道图是进度计划最常用的一种工具,应用最为广泛;关键线路法与计划评审技术结合在一起,称为网络计划技术。网络计划技术是当前经过众多国家认可的一种最科学的、先进的、有效的工程计划方法。经过国外多年的实践证明,广泛应用于工程项目的组织与管理中。
网络计划技术主要是以系统的观点和网络图的形式对工程进行规划,将工程视为一个系统,工程的各个工作活动组成一个有机的集合体,在生产过程中,各部分协调配合,相互作用才能以最佳方案完成任务。编制网络计划时,先将整个工程分解,再按照它们相互依存的逻辑关系拓扑结构,有机的交织成为网络计划。网络图是网络计划技术的图解模型,体现了对工程项目的分解和合成关系。网络图根据不同的表现形式,主要有双代号网络图、单代号网络图以及时标网络图。
时标网络图作为网络图的一种,结合了网络计划和横道图的优点,其表达清晰醒目,编制方便,在编制过程中就能看出前后工作的逻辑关系,是一种深受计划项目工程管理部门欢迎的形式。它既是一个网络计划,又是一个水平进度计划。它能在图上清晰的显示各项工作的开始与完成时间、时差和关键线路,方便计算工程中各个时段的资源消耗,并能通过在图上动态实时方便的调整时序,进行网络计划的时间和资源的优化。在时标网络图中,双代号时标网络图应用的较为广泛,其绘制方法和思路同普通的双代号网络图基本一致。
双代号网络计划图的绘制方法有很多,但大体上有两种思路:一种是节点布局法,一种是路径布局法。节点布局法是先通过一些优化算法或布局规则对节点进行布局,然后利用箭线把任务事项的节点连接起来得到网络计划图。路径布局法是把多个关联的工作箭线连接起来,然后通过算法或规则对这些路径调整,合理进行优化进行布局,最后再对剩余的节点箭线进行补充整理。无论采用哪种绘制方法,减少交叉都是在绘制网络图中要涉及到的常见问题。
本文采用路径布局的方法,利用动态规划的思想来解决网络图绘制时的交叉节点过多的问题。动态规划不是一种算法,而是考察问题的一种途径、一种方法,是一种解决多阶段决策问题的系统技术。利用动态规划思想解决问题,需要建立多阶段决策问题模型,并满足动态规划的关键性质无后效性。国内外还没有利用动态规划方法来解决网络图绘制优化的问题。因此如何将网络计划图的优化问题转化成多阶段决策问题,即如何建立一个动态规划的数学问题模型,是本文的研究重点也是一个难点。
本文通过提出箭线集的概念来建立动态规划模型。箭线集是对网络计划图中的一系列的工作箭线相互连接形成的一个箭线的集合。通常网络计划图的优化过程一般是对网络图中的工作节点进行优布局,而通过箭线集的提出,将网络图中节点的优化问题转化为对箭线集的布局优化问题。一个箭线集由多个工作箭线组成,通过把几个箭线放在一起处理,把问题焦点放置在箭线集的两端,从而忽略箭线集内部的工作节点的布局问题,进而使问题的规模变得更小。利用箭线集,建立多阶段扫描模型,然后制定网络图的绘制规则,使得模型满足动态规划的无后效性。模型建立以后,根据动态规划的求解步骤求出问题的解,找到一个优化的网络图的布局。
本文的主要章节安排如下:
第一章主要介绍了本文的研究背景、目的和意义,简单介绍了项目管理方法的诞生和发展,阐述了国内外对于网络计划技术研究现状,介绍了一些网络计划图的绘制方法以及各自的优缺点,项目管理软件的现今发展概况,并阐述了本论文的主要工作。
第二章主要介绍了网络计划技术的一些相关知识,详细阐述了网络计划图的三种表现形式,介绍了每种网络图的特点和绘制规则,网络计划优化的相关理论以及网络计划优化技术的目标、意义和发展。
第三章主要介绍了动态规划的相关理论知识。动态规则是用来解决多阶段决策问题的系统技术,其模型的基本原理是最佳原理,其关键性质是要满足无后效性。本章介绍了动态规划的基本的概念,动态规划模型的建立步骤和运用动态规划方法求解问题的基本算法。
第四章主要论述了运用动态规划方法来进行网络图绘制的优化工作。首先介绍了动态规划模型建立前对于相关数据的处理方法,包括对节点的编号、虚工作的判断和节点的横坐标的求解。然后介绍了绘制网络图的动态规划优化模型的建立方法,并利用动态规划方法对问题进行求解。最后给出了后期对于网络图成形的一些调整方法。
第五章对全文进行归纳总结,并提出了目前工作的不足之处,给出了下一步的改进方向。