Оптимизация проекта по ресурсам

Предположим, что проект задан сетевым графиком и имеется количество ресурсов равное . Каждая работа проекта характеризуется продолжительностью выполнения и интенсивностью потребления ресурса . Под интенсивностью потребления будем понимать требуемое количество ресурса для выполнения работы в единицу времени. Рассмотрим случай, когда интенсивности постоянные, используются ресурсы одного вида и работы не допускают перерыва в выполнении.

Под оптимальным распределением ресурсов будем понимать такое размещение работ во времени, которое при заданной интенсивности потребления ресурсов обеспечило бы выполнение проекта в минимальный срок. На практике получили широкое применение эвристические методы распределения ресурсов, хотя они не всегда позволяют найти оптимальное решение. Сущность этих методов состоит в следующем.

1. Для каждой работы определяются ее ранние и поздние сроки начала и окончания и полные резервы времени: .

2. Строится сетевой график в календарной шкале времени по ранним срокам начала и окончания работ. По этапу ресурса выясняется интенсивность его потребления для каждого интервала времени.

П р е д в а р и т е л ь н ы й ш а г. Составляем линейный график Ганта выполнения проекта. На диаграмме каждая работа (i, j) изображается горизонтальным отрезком, длина которого в соответствующем масштабе равна времени ее выполнения. Начало каждой операции совпадает с ожидаемым сроком свершения ее начального события. Определяем по диаграмме критическое время t_кр и критический путь.

П е р в ы й ш а г. 1. Проектируем на ось времени начало и конец каждой работы и обозначаем проекцию, совпадающую с началом координат - , а следующую за ней - .

2. Определяем полные резервы времени R_n работ, расположенных над промежутком . Нумеруем эти работы в порядке возрастания их полных резервов. Работы с одинаковыми полными резервами времени нумеруем в порядке убывания интенсивностей потребления ресурсов.

3. Суммируем последовательно интенсивности работ, расположенных над промежутком в порядке возрастания присвоенных им номеров, и сравниваем полученные суммы с заданной величиной ресурсов R. Все работы, сумма интенсивностей которых не превосходит R, оставляем в первоначальном положении. Если после прибавления интенсивности какой-нибудь работы окажется, что суммарное потребление ресурсов больше R, то эту работу сдвигаем вправо на величину рассматриваемого промежутка, и переходим к добавлению интенсивности следующей работы и так продолжаем до тех пор, пока не будут рассмотрены все работы, расположенные над промежутком .

Результатом выполнения этого действия является новая линейная диаграмма, момент которой считаем началом оставшейся части комплекса работ. Работы , расположенные над промежутком , изображаем так, чтобы их начала совпадали с новыми ранними сроками свершения событий.

О б щ и й ш а г. Предположим, что выполнено k шагов алгоритма и получен линейный график, момент которого является началом оставшейся части работ проекта.

1. Проектируем на ось времени начало и конец каждой работы, рассмотренной над промежутком , и обозначаем проекцию, ближайшую к , через . Так выделяем новый промежуток .

2. Определяем полные резервы работ , расположенных над промежутком и номеруем их. Сначала нумеруем работы , начатые левее момента , согласно возрастанию разностей между полными резервами этих работ и длительностями от начала до момента (длительности работ обозначим ). Работы с одинаковыми разностями нумеруем в порядке убывания интенсивностей. Все остальные работы нумеруем в порядке возрастания их полных резервов, а с одинаковыми резервами - в порядке убывания интенсивностей.

3. Это действие выполняется так же, как и действие 3 первого шага. Однако следует иметь в виду, что если сдвигу подлежит работа , начатая левее , то сдвигаем всю работу, т.е. начало этой работы устанавливаем в момент .

4. Проверяем, все ли работы проекта рассмотрены. Если все, то решение закончено; если нет, то возвращаемся к п.1 общего повторяющегося шага.

Пример 15.4. Пусть на промышленном предприятии составлен сетевой график выполнения работ. На его дугах, исходя из трудоемкости выполнения каждой работы, проставлены их продолжительность и необходимое число исполнителей.

Известно, что в распоряжении руководителей работ имеется 30 человек. Требуется распределить трудовые ресурсы во времени, т.е. определить сроки начала и окончания работ так, чтобы с имеющимися трудовыми ресурсами выполнить работы в минимальный срок, равный критическому пути для графика: t_кр=16.

Рисунок 15.4

Решение. П р е д в а р и т е л ь н ы й ш а г. Расчет временных параметров сетевого графика по четырехсекторной схеме.

Критический путь: 1 – 3 – 4 - 6, t_кр=16. Используя формулы,

находим их значения.

Результаты расчетов сведем в таблицу:

№	()
	(1, 2)
	(1, 3)
	(2, 3)
	(2, 4)
	(3, 4)
	(3, 5)
	(4, 5)
	(4, 6)
	(5, 6)

Построим линейный график Ганта (рисунок 15.5, а) по ранним срокам начала и окончания работ: начало каждой работы совпадает с ожидаемым сроком свершения ее начального события. Над горизонтальными отрезками написано число исполнителей работы.

Строим эпюру интенсивности потребления без учета его ограниченности (рисунок 15.5, б). Найдем на диаграмме критический путь: работа (4, 6) заканчивается позже всех, через 16 дней после начала выполнения проекта. Следовательно, она критическая и = 16. Работа (4, 6) начинается в момент 11. Находим работы с конечным событием (4), которые заканчиваются в это же время. Имеется только одна такая работа (3, 4). Следовательно, она критическая. Работе (3, 4) предшествует критическая работа (1, 3). Таким образом, =(1 – 3 – 4 – 6).

Рисунок 15.5,

Рисунок 15.5,

П е р в ы й ш а г.

1. Проектируем на ось времени t начала и окончания каждой работы. Определяем и (следующая проекция).

2. Над промежутком расположены работы (1, 2) и (1, 3). Так как сумма ресурсов для их выполнения 10+20=30 не превышает наличных ресурсов в 30 человек, то оставляем их в первоначальном положении. Так как =20 > > 10, то работе (1, 3) присваиваем номер 1, а работе (1, 2) номер 2.

3. Анализируем промежуток = (1, 3). Над ним работы (1, 3), (2, 3) и (2, 4). Сумма интенсивностей ресурсов 20 + 10 + 8 = 38 больше наличного ресурса в 30 единиц. Присваиваем номера работам. В первую очередь выполняются работы, начатые в промежутке = (0, 1) – это работа (1, 3).

Ее интенсивность = 20. Оставшиеся работы (2, 3) и (2, 4) упорядочим согласно возрастанию их полных резервов времени R_n(i, j): R_n(2, 3) = 1, R_n(2, 4) = 8. Следовательно, в момент = 1 начинаем выполнять работу (2, 3): + + = 20 + 10 = 30, и присвоим ей номер 3. Начало работы (2, 4) сдвигаем к моменту = 3. Результаты сдвига отражены на новой линейной диаграмме (рисунок 15.6).

Рисунок 15.6

4. Сдвинув работу (2, 4) к моменту = 3, замечаем, что в промежутке = (3, 4) интенсивность потребления ресурса = 38 > 30 превышает наличный ресурс в 30 единиц. Так как работы (1, 3) и (2, 3) начаты в предыдущих промежутках, то работу (2, 4) сдвигаем до момента = 4. В результате сдвига получаем новую линейную диаграмму (рисунок 15.7).

5. Начало нового промежутка совпадает с началом работы (2, 4), конец - с окончанием работы (1, 3). В промежутке = (4, 5) интенсивность потребления ресурса = 20+8 = 28 < 30. Следовательно, работе (2, 4) присваиваем номер 4.

6. Начало нового промежутка совпадает с = 5, а конец = 6. При = 5 заканчивается работа (1, 3) и начинаются работы (3, 4) и (3, 5). При = 6 заканчивается работа (2, 4).

В промежутке = (5, 6) интенсивность потребления ресурса превышает наличный запас ресурса: = 8+19+11 = 38 > 30. Так как работа (2, 4) начата в предыдущем промежутке, то выполнению в начале промежутка подлежат работы (3, 4) и (3, 5). Их резервы времени: R_n(3, 4) = 0, R_n(3, 5) = 3. Следовательно, в момент = 5 нужно начать работу (3, 4). Ей присваиваем номер 5. Начало работы (3, 5) сдвигаем к моменту = 6. Результаты сдвига отображаем на новой линейной диаграмме, рисунок 15.8.

Рисунок 15.7

Рисунок 15.8

7. На промежутке = (6, 11) интенсивность потребления + + =19+11=30 равна наличному запасу ресурса. Времена начала этих работ оставляем без изменения.

8. На промежутке интенсивность потребления = =18+16=34 > 30. Так как R_n(4, 6) = 0, R_n(5, 6) = 2, то следует сделать сдвиг работы (5, 6) до момента = 16. Однако это приведет к удалению общей продолжительности реализации работ до величины 16+3=19.

Можно поступить иначе. Работа (5, 6) имеет резерв времени 2 дня. Увеличим ее продолжительность с 3 до 4 дней, сократив количество человек, занятых ежедневно на этом участке до 12 (3∙ 16 = 4∙ 12). В результате получим окончательный линейный график (рисунок 15.9, а) и эпюру ежедневной потребности в трудовых ресурсах (рисунок 15.9, б). Интенсивность использования трудовых ресурсов приведена в соответствие с ограничениями на ресурсы без изменения критического пути.

Рисунок 15.9,

Рисунок 15.9, . Эпюра ежедневной потребности в трудовых ресурсах.

Литература

1. Кузнецов А.В., Сакович В.А., Холод Н.И. – Высшая математика: Математическое программирование. – Мн.: Выш. шк., 1994.

2. Кузнецов А.В., Костевич Л.С., Холод Н.И. – Руководство к решению задач по математическому программированию. - Мн.: Выш. шк., 2001.

3. Холод Н.И. и др. Экономико – математические методы и модели. – Мн.: БГЭУ, 2000.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие. 3

Введение. 4

Экономико-математическое моделирование как средство для принятия эффективных решений. 4

Лекция 1 Экономико-математические методы и модели оптимального планирования в промышленности, АПК.. 6

1.1.. Оптимальное планирование деятельности промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Линейные оптимизационные модели. 6

1.1.. Примеры линейных оптимизационных моделей. 8

1.2.. Графический способ решения линейных оптимизационных моделей 14

1.3.. Свойства решений линейной оптимизационной модели. 20

Лекция 2 Экономико-математические методы и модели оптимального планирования в промышленности, АПК (продолжение) 24

2.1.. Понятие о симплексном методе. 24

2.2.. Построение начального опорного плана. 25

2.3.. Признак оптимальности опорного плана. 28

Лекция 3 Экономико-математические методы и модели оптимального планирования в промышленности, АПК (продолжение) 35

3.1.. Понятие двойственности. Построение двойственных моделей оптимального планирования в промышленности, АПК.. 35

3.2.. Соответствие между переменными пары взаимно двойственных линейных оптимизационных моделей. 37

3.3.. Теоремы двойственности. 46

Лекция 4 Экономико-математические методы и модели оптимального планирования в промышленности, АПК (продолжение) 52

4.1.. Целочисленные оптимизационные модели в промышленности, АПК. Примеры. Методы решения. 52

4.2.. Алгоритм метода Гомори решения целочисленных оптимизационных моделей. 54

Лекция 5 Экономико-математические методы и модели оптимального планирования в промышленности, АПК (продолжение) 60

5.1.. Математическая модель транспортной задачи. 60

5.2.. Признак разрешимости транспортной модели. 62

5.3.. Построение начального опорного плана. 63

5.4.. Метод потенциалов построения оптимального опорного плана. 65

Лекция 6 Экономико-математические методы и модели финансов и кредита. 72

6.1.. Модели в сфере финансово-кредитной деятельности. Основные понятия 72

6.2.. Модели матричных игр. 73

6.2.1 Модели матричных игр и их решение в чистых стратегиях. 73

6.2.2 Модели матричных игр со смешанными стратегиями игроков. Свойства смешанных стратегий. 78

6.2.3 Решение моделей матричных игр сведением к паре взаимно двойственных линейных оптимизационных моделей. 82

Лекция 7 Экономико-математические методы и модели финансов и кредита (продолжение) 91

7.1.. Статистические модели в сфере финансово-кредитной деятельности. 91

7.2.. Правила выбора оптимальной стратегии. 92

Лекция 8 Модель межотраслевого баланса в системе национальных счетов. 97

8.1.. Схема модели межотраслевого баланса в системе национальных счетов 97

8.2.. Математическая модель отчетного межотраслевого баланса. 100

8.3.. Экономическая сущность и свойства коэффициентов прямых и полных затрат. 102

Лекция 9 Модель межотраслевого баланса в системе национальных счетов (продолжение) 105

9.1.. Использование модели МОБ в исследовании взаимосвязи отраслевых структур валового выпуска и конечного спроса. 105

9.2.. Использование статической модели МОБ в прогнозировании цен. 108

Лекция 10 Экономико-математические методы и модели управления социально-культурной сферой. 112

10.1 Применение экономико-математических моделей управление запасами в сфере услуг. Основные понятия теории управления запасами. 112

10.2 Однопродуктовые детерминированные модели со статическим спросом 113

10.2.1 Простейшая модель оптимального размера партии поставки (модель Уилсона) 113

10.2.2 Свойства модели Уилсона. 116

10.2.3 Учет точки заказа. 117

10.2.4 Учет дискретности спроса .. 120

Лекция 11 Экономико-математические методы и модели управления социально-культурной сферой (продолжение) 123

11.1 Однопродуктовые детерминированные модели со статическим спросом (продолжение) 123

11.1.1 Модели с конечной интенсивностью поступления заказа. 123

11.1.2 Модель с дефицитом, когда неудовлетворенные требования ставятся на учет. 127

11.1.3 Обобщенная модель оптимальной партии поставки с постоянной интенсивностью и с учетом неудовлетворенных требований. 131

11.1.4 Модель в условиях скидки на размер заказа. 136

Лекция 12 Экономико-математические методы и модели управления социально-культурной сферой (продолжение) 141

12.1 Многопродуктовые модели управления производством, поставками и запасами. 141

12.1.1 Раздельная оптимизация. 141

12.1.2 Полное совмещение заказов. 148

12.2 Модели управления запасами со случайным спросом. 151

12.2.1 Однопериодная модель со случайным спросом. 151

12.2.2 Модель при наличии страхового запаса. 155

Лекция 13 Экономико-математические методы и модели во внешнеэкономической и в коммерческой деятельности. 161

13.1 Экономико-математические методы сетевого планирования и управления во внешнеэкономической и в коммерческой деятельности. 161

13.2 Виды сетевых моделей и правила их построения. 164

13.3 Определение продолжительности работ. 168

Лекция 14 Экономико-математические методы и модели во внешнеэкономической и в коммерческой деятельности (продолжение) 170

14.1 Расчет параметров сетевого графика. 170

14.1.1 Виды путей сетевого графика. Критический путь и алгоритм его нахождения. 170

14.1.2 Ранние и поздние сроки свершения событий. Резерв времени событий. 171

14.1.3 Ранние и поздние сроки начала и окончания работ. Определение резервов времени работ. Полный резерв времени работ. 174

Лекция 15 Экономико-математические методы и модели во внешнеэкономической и в коммерческой деятельности (продолжение) 178

15.1 Оптимизация сетевых графиков. 178

15.1.1 Оптимизация проекта по времени. 178

15.1.2 Оптимизация проекта по ресурсам. 184

Литература. 191

Учебное издание

Булдык Георгий Митрофанович

Доктор педагогических наук

Профессор