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基于关键链的复杂产品研发多项目调度问题研究

付磊  
【摘要】:随着经济全球化的发展和国际竞争的日趋激烈,复杂产品研发已经成为企业、行业、国家竞争的一个核心领域。为获得持续的国际、国内优势,许多企业不断开发新的复杂产品。由于技术和制造的承接性,这些复杂产品往往并行开发,多个并行的复杂产品研发项目之间资源竞争非常激烈,这为企业层面的多项目调度提出了新的理论和实践课题。目前的研究成果多侧重于单个项目的资源配置和调度,对企业层面的多项目调度研究较少。因此,面向复杂产品研发过程,研究企业层面多项目管理中的资源配置和调度问题,从制约企业新产品研发效率的瓶颈因素角度对复杂产品研发多项目调度过程进行计划和控制,对于提高复杂产品研发企业的产能和资源利用率具有重要的理论和现实意义。 本文基于关键链项目管理方法,针对复杂产品研发企业多项目管理的现状,研究了复杂产品研发多项目调度问题,提出了基于关键链的多项目调度模型和相关决策方法。主要内容包括:构建基于关键链的复杂产品研发项目和任务绩效评估指标体系,对应用关键链方法实施调度的复杂产品研发项目的绩效进行评估;构建所有任务只使用单一类型资源的情况下基于关键链的多项目调度模型,并应用甘特图对实例进行了情景分析和说明;建立全部任务使用多种类型资源的情况下,以多项目总延迟成本最小为目标函数,基于关键链的多项目调度两层决策模型;最后根据关键链多项目调度管理系统的特征和优势,构建基于关键链项目管理方法及模型的多项目调度管理系统。 本文的主要研究内容和创新点如下: (1)研究基于关键链的复杂产品研发项目和任务绩效评估问题。首先分析了基于关键链的多项目绩效评估问题及其对资源竞争情况下多项目调度问题的重要意义;然后基于关键链项目管理方法的特征,分别构建了项目和任务绩效评估指标体系;接着考虑复杂产品研发多项目调度决策过程中的主观不确定性、模糊性、定量和定性指标共存性等,提出将模糊层次分析法与证据理论方法相结合的评估方法;对某大型汽车制造企业的汽车整车产品研发项目绩效进行评估并产生相应的项目优先权顺序,仿真结果验证了该评估方法的合理性和有效性。 (2)研究单一类型资源模式下,基于关键链的复杂产品研发多项目调度问题。首先从复杂产品研发调度过程的特征出发,分析了项目的组织结构对多项目资源分配和调度产生的影响,提出了基于关键链方法进行多项目调度的两个基本定理;接着以上述定理为基础,建立基于瓶颈任务的多项目调度决策模型和多项目调度的组织责任模型,提出了所有任务仅使用单一类型的资源时基于关键链的多项目调度方法;然后根据项目和任务绩效评估指标体系,确定多项目中的项目优先权并进一步产生瓶颈任务的优先权顺序;应用上述基于关键链的新方法以解决汽车整车平台研发多项目调度问题,将其结果与基于项目优先权的关键链多项目调度方法进行比较,以阐明该方法的有效性和先进性。 (3)研究多类型资源模式下复杂产品研发的多项目调度问题。首先根据复杂产品研发过程中多项目调度的特征,从关系企业整体绩效的全局出发,提出基于关键链的两层决策模型,以解决任务占用多种类型资源情况下资源受限的多项目调度问题。然后综合关键链项目管理理论和两层决策方法,分别以多项目总工期最短和多项目延迟成本最小为目标,建立多类型资源模式下基于关键链的多项目调度模型;接着综合基于任务优先权规则的启发式串行调度算法和模拟退火算法,提出一种新型混合模拟退火算法并求解该模型;在某汽车企业的复杂产品研发多项目调度计划中验证和比较了上述模型和算法求解效率,同时对算法的稳定性进行了分析。 (4)研究基于关键链的多项目调度管理系统。针对复杂产品研发过程中多项目管理的特点,介绍基于关键链的多项目调度管理系统的功能特征,并比较其在汽车整车产品研发项目管理领域相对基于关键路径的项目调度系统所具有的优势;面向国内复杂产品研发行业基于关键链的多项目调度系统应用现状,根据前文提出的多项目调度理论决策模型和方法,构建基于关键链的多项目调度管理系统的总体框架并进行快速原型设计。


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