Χρονικός προγραμματισμός σε τεχνικά έργα. Βελτιστοποίηση χρόνου-κόστους με χρήση γενετικών αλγόριθμων

Abstract

Η κατασκευή τεχνικών έργων είναι μία άκρως απαιτητική διαδικασία που την ξεχωρίζει από τις περισσότερες διαδικασίες που θεωρούνται ως έργα. Η πλειοψηφία των επιμέρους δραστηριοτήτων οι οποίες συνθέτουν ένα τεχνικό κατασκευαστικό έργο εκτελούνται για μεγάλο χρόνο zσε εξωτερικό χώρο ή υπό μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες εισάγοντας μεγάλο ποσοστό αβεβαιότητας στην υλοποίηση του χρονοπρογραμματισμού. Συχνά, στους εξωτερικούς απρόβλεπτους παράγοντες που δύνανται να επηρεάσουν την εξέλιξη ενός κατασκευαστικού έργου προστίθενται και οικονομικοί περιορισμοί είτε ως αποτέλεσμα αναπροσαρμογών στον χρονοπρογραμματισμό είτε λόγω τεχνικών αλλαγών που επιβάλλονται από την εξέλιξη του zέργου. Τα τεχνικά έργα κατασκευής είναι μοναδικά ως προς τον σχεδιασμό και την υλοποίηση τους, αφού κάθε ένα ξεχωριστά υλοποιείται σε διαφορετικό περιβάλλον και εξελίσσεται σε διαφορετικές χρονικές περιόδους, ενώ έως την ολοκλήρωση τους μεσολαβεί μεγάλο χρονικό διάστημα. Οι εργασίες που απαρτίζουν τα τεχνικά έργα είναι κατασκευαστικής φύσης, κάτι που σημαίνει ότι αφενός έχουν συχνά μεγάλη διάρκεια και αφετέρου απαιτούν τα ίδια ή παρόμοια είδη πόρων για την εκτέλεση τους, είτε πρόκειται για προσωπικό είτε για τεχνικό εξοπλισμό. Αυτές οι ιδιότητες μπορούν να ληφθούν υπόψη κατά το σχεδιασμό του χρονοπρογραμματισμού ώστε να γίνεται ορθή διάθεση των πόρων σε όλο το φάσμα εξέλιξης του έργου. Αν και οι επιμέρους εργασίες είναι διακριτές μεταξύ τους, υπάρχει αλληλεξάρτηση καθώς αποτελούν τα διαδοχικά μακρά στάδια μίας κατασκευής κάτι που επιτρέπει συνήθως σε αρκετές εργασίες να μπορέσουν να εκτελούνται τμηματικά ή με μεταβαλλόμενο ρυθμό κατά την συνολικά προβλεπόμενη επιτρεπτή διάρκεια τους. Οπότε στην πράξη, κατά την εκτέλεση των έργων απαιτούνται διαφορετικά ποσά πόρων ανά ημέρα εκτέλεσης έργου και επειδή τα εργοτάξια που αποτελούν το πεδίο εξέλιξης των εργασιών είναι προσωρινές μη σταθερές κατασκευές, πρέπει να γίνεται προσπάθεια η μέση χρήση πόρων να παραμένει όσο δυνατόν σταθερή ώστε να μην προκύπτει οικονομική και χρονική επιβάρυνση του έργου από την μεταφορά πόρων από και προς το εργοτάξιο. Η Διαχείριση Πόρων ως αντικείμενο του επιστημονικού πεδίου της Διοίκησης Έργων στοχεύει στην βελτίωση της διαχείρισης των διαθέσιμων πόρων. Η Εξομάλυνση Πόρων ένα πιο εξειδικευμένο πεδίο που πραγματεύεται τους τρόπους με τους οποίους μπορεί να επιτευχθεί μία ομοιόμορφη χρήση πόρων για δεδομένη σταθερή διάρκεια έργου. Στην ουσία πρέπει να ληφθούν οι κατάλληλες αποφάσεις ώστε να ακολουθηθεί η βέλτιστη στρατηγική διαχείρισης των πόρων για να εξυπηρετηθεί ο σκοπός της έγκαιρης ολοκλήρωσης ενός έργου με το μικρότερο δυνατό κόστος. Πρόκειται για ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης όπου ο λήπτης των αποφάσεων πρέπει να επιλέξει την καλύτερη απόφαση. Αρωγός σε αυτήν την προσπάθεια υπήρξε η Τεχνητή Νοημοσύνη, η οποία παρείχε τα πρώτα υποστηρικτικά εργαλεία προς τον λήπτη αποφάσεων ήδη από το δεύτερο μισό του προηγούμενου αιώνα. Η εξέλιξη της Τεχνητής Νοημοσύνης, σε κάθε βήμα της προσέφερε και νέες βοήθειες ως προς το πρόβλημα της εξομάλυνσης πόρων σε έργα. Η εμφάνιση των Εξελικτικών Αλγορίθμων και η επιτυχία τους στην αντιμετώπιση προβλημάτων βελτιστοποίησης έδωσε περαιτέρω ώθηση στην εφαρμογή νέων τεχνικών που χρησιμοποιούν Νοήμονες Υπολογιστικές Μεθόδους για να επιλύσουν προβλήματα. Σε αυτή την κατηγορία αναπτύχθηκαν πρόσφατα οι Νοήμονες Μέθοδοι Εμπνευσμένες από την Φύση οι οποίες αποδείχτηκαν εξαιρετικά αποτελεσματικές στην επίλυση δύσκολων προβλημάτων βελτιστοποίησης. Το πρόβλημα βελτιστοποίησης της εξομάλυνσης πόρων σε έργα δεν έχει λυθεί με ακρίβεια για έργα μεγάλης πολυπλοκότητας. Στη βιβλιογραφία απαντώνται ακριβείς λύσεις για μικρά έργα (<20 δραστηριοτήτων), ενώ για έργα μεσαίου μεγέθους (μέχρι 50 δραστηριότητες) και για έργα με ιδιαιτερότητες όπως η μεγάλη διάρκεια εργασιών και οι σχέσεις εξάρτησης, όπως για παράδειγμα οι Start – Start, Start – Finish εξαρτήσεις (SS, SF) κλπ , παρουσιάζονται κάποιες καλές προσεγγιστικές λύσεις. Τα έργα που χρησιμοποιούνται συνήθως στη βιβλιογραφία είναι τεχνητά και λίγες είναι οι επιτυχείς προσπάθειες εξομάλυνσης πόρων σε πραγματικά έργα. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας καταρχήν εξετάζονται οι μέθοδοι χρονικού προγραμματισμού σε τεχνικά έργα με ανασκόπηση της βιβλιογραφίας αλλά και με πραγματικά παραδείγματα τεχνικών έργων με χρήση του λογισμικού Microsoft Project. Ακολούθως, η εργασία κινείται ένα βήμα παραπάνω και επιχειρεί να επιτύχει βελτιωμένες προσεγγιστικές λύσεις χρονικού προγραμματισμού και διαχείρισης πόρων σε δύο πραγματικά έργα μεσαίου μεγέθους εφαρμόζοντας μία Νοήμονα Υπολογιστική Μέθοδο εμπνευσμένη από τον Φυσικό Κόσμο, την Βελτιστοποίηση Εμπνευσμένη από τον Ηχοεντοπισμό.