Proactive-reactive project scheduling with flexibility and quality requirements

disertacija

• Naslov (hrvatski): Proaktivno-reaktivno vremensko raspoređivanje na projektima sa zahtjevima fleksibilnosti i kvalitete
• Autor: Mario Brčić
• Mentor: Damir Kalpić (mentor)
• Član povjerenstva: Damir Kalpić (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet elektrotehnike i računarstva; (Zavod za primijenjeno računarstvo); Zagreb
• Datum i država obrane: 2015, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Računarstvo; Programsko inženjerstvo
• Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC): 621.3 - Elektrotehnika

Sažetak

Due to the increasing complexity of real projects and well documented problems with efficiency and performance of current scheduling procedures, there has been growing research into stochastic project scheduling. Most of the procedures for stochastic scheduling focus only on regular performance measures, i.e. non-decreasing functions with increasing time, such as the makespan and project tardiness. Such procedures aim to optimize the compliance with the due dates. As a consequence of increases in projects' complexity, not many of them are executed completely in-house and the synchronization between project collaborators is very important. Some project activities are outsourced and many activities require resources that need to be acquired from suppliers during the project run-time. Every increased synchronization effort due to sudden changes, such as longer than anticipated activity duration, results in increased project costs and delays that pose risk to the project success. Baseline schedules are used as a mean of synchronization between the project collaborators. Proactive schedules make for good baseline schedules as they have built-in desired amount of safety, making schedule feasible in a wide range of events. Considerable research was conducted on stability measure which aims at creating proactive baseline schedules that in expectation deviate the least from actually realized schedule. There have been attempts at rescheduling the baseline schedule during the project execution in order to increase its degree of proactivity while using the schedule stability measure, but only with moderate success. Stability measure, apparently, introduces rigid constraints that disable changes to the baseline schedule except during the activity start. Such changes could reduce future rescheduling costs and are commonly heuristically used by project managers. This dissertation presents a new family of robustness measures, a Cost-based flexibility (CBF) which introduces dependency of rescheduling costs on the temporal distance of the baseline schedule change. A mathematical model of our problem of interest was created which describes the need for collaborators synchronization and aims to comply with the due dates. As objective functions containing CBF are not necessarily regular and the existing theory does not cover that case, theoretical foundations are laid out. Exact solving procedure, as well as the two heuristic procedures are presented. Developed computational prototype was used to obtain experimental data regarding performances of the two heuristic procedures in comparison to the selected (currently best performing) benchmark originally constructed to work with the stability measure. The results show that our algorithms substantially outperform the benchmark algorithm. In conclusion, CBF measure, unlike stability measure, enables proactive rescheduling.

Sažetak (hrvatski)

Povećanje složenosti stvarnih projekata te zabilježeni problemi efikasnosti i performansi trenutnih procedura za raspoređivanje, razlog su povećanom istraživanju u raspoređivanju na stohastičkim projektima. Većina je procedura za stohastičko raspoređivanje fokusirana na regularne mjere performanse, tj. funkcije čija se vrijednost ne smanjuje porastom proteklog vremena, poput trajanja i kašnjenja projekta. Takve procedure optimiraju poštivanje rokova. Zbog povećanja složenosti projekata, oni uglavnom nisu u potpunosti izvedeni unutar tvrtke izvoditelja projekta, stoga je sinkronizacija među suradnicima na projektu veoma važna. Neke su aktivnosti prepuštene podizvođačima dok mnoge aktivnosti zahtijevaju nabavu resursa od dobavljača za vrijeme izvođenja. Svako povećanje sinkronizacijskih napora radi naglih izmjena, poput duljeg od predviđenog trajanja aktivnosti, rezultira povećanim troškovima i odgodama što predstavlja rizik uspješnosti projekta. Osnovni raspored se koristi kao alat za sinkronizaciju među suradnicima na projektu. Realizirani raspored ne smije previše odstupati od osnovnog rasporeda. U suprotnom, korištenje osnovnog rasporeda gubi smisao budući da je sinkronizacija veoma zahtjevna i skupa u slučajevima znatnih i naglih promjena. Proaktivni rasporedi su prikladni kao osnovni raspored budući da posjeduju određeni stupanj sigurnosti što ih čini izvedivim u širokom rasponu događaja. Dio istraživanja se usredotočio na mjeru stabilnosti koja teži stvaranju osnovnih rasporeda koji u očekivanju minimalno odstupaju od realiziranog rasporeda. Postoje pokušaji izrade procedura za preraspoređivanje osnovnog rasporeda tijekom izvođenja projekta s ciljem povećanja stupnja proaktivnosti, istovremeno koristeći mjeru stabilnosti, ali tek uz umjereno zadovoljavajuće rezultate. Naime, mjera stabilnosti unosi u model rigidna ograničenja koja, osim kroz pokretanja aktivnosti, onemogućuju promjene baznog rasporeda. Takve promjene mogu smanjiti buduće troškove preraspoređivanja i često su korištene u heurističkim odlukama upravitelja projekata. Ovaj rad predstavlja novu obitelj mjera robusnosti: mjeru fleksibilnosti zasnovanu na trošku (MFZT). Ta mjera uvodi zavisnost troškova preraspoređivanja o vremenskoj udaljenosti promjena u osnovnom rasporedu. Stvorili smo matematički model problema od interesa koji opisuje potrebu za sinkronizacijom među sudionicima projekta i cilja poštivanje zadanih rokova. Kako funkcije cilja koje sadrže MFZT nisu nužno regularne, postojeća teorija se ne može primijeniti. Iz tog razloga su stvoreni teorijski temelji potrebni za daljnji razvoj. Predstavljene su metoda za egzaktno rješavanje, kao i dvije heurističke metode. Razvijeni računalni prototip iskorišten je za dobivanje rezultata eksperimenata koji mjere performanse dva predložena heuristička algoritma u donosu na odabrani (trenutno najbolji) testni algoritam koji je konstruiran za rad s mjerom stabilnosti. Rad također sadrži i rezultate analize mjerenih izvođenja eksperimenata. Rezultati ukazuju na znatno bolje rezultate predloženih algoritama u odnosu na odabrani testni algoritam. MFZT, za razliku od mjere stabilnosti, uistinu omogućuje proaktivno preraspoređivanje.

• Ključne riječi: project scheduling; risk; proactive reactive scheduling; proactive rescheduling; cost-based flexibility; stochastic dynamic programming; approximate dynamic programming; simulation based heuristics
• Ključne riječi (hrvatski): vremensko raspoređivanje na projektima; rizik; proaktivno reaktivno raspoređivanje; proaktivno preraspoređivanje; fleksibilnost temeljena na trošku; stohastičko dinamičko programiranje; približno dinamičko programiranje; heuristike bazirane na simulaciji
• Jezik: engleski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:545619
• Studijski program: Naziv: Elektrotehnika i računarstvo; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: poslijediplomski doktorski; Akademski / stručni naziv: Doktor znanosti elektrotehnike i računarstva (dr.sc.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Opseg: 173 str. ; 30 cm.
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Zatvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2019-04-16 12:54:01