大型工程PERT智能绘图与工程优化研究

发布时间：2018-03-05 16:33

本文选题：煤矿工程　切入点：网络图智能绘图　出处：《中国地质大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：大型工程周期长、规模大、涉及范围广、风险因素多,为保障项目的按期保质完成,项目管理通常涉及工期控制、质量控制、成本控制、合同管理、安全管理与组织协调等内容。由于这些内容都是紧紧围绕着进度计划来进行的,因此,工程计划的编制与优化、工程进度的跟踪与控制占有基础性的重要地位,贯穿于整个工程实施过程,对项目的最终结果产生巨大影响。长期以来,甘特图(Gantt chart,又称横道图)以其直观、简单、易绘、易懂的特点,在一些较小规模项目中得到了广泛应用。但对规模较大的项目,这种方法由于很难表达工序间复杂的逻辑关系,不能直接进行定量分析和计算,不便于进度计划的优化和调整,难以统筹安排众多的工程项目以及年、季、月计划,该方法法具有明显的局限性。网络计划技术(Network Planning Technique,简称NPT)也称网络计划方法,以CPM (Critioal Path Method,关键路线法)和PERT (Program Evaluation And Review Technique,计划评审技术)为典型代表,自美国杜邦化学公司和美国海军部成功应用以来,在缩短工期、降低成本等方面具有明显的优势,已被许多国家公认为行之有效的计划管理方法。利用网络计划,使工程管理者能够清楚地知道哪些是项目实施过程中的关键工作,哪些是非关键工作,有利于决策者凭此“向关键路线要工期,向非关键路线要资源”。由于NPT是通过网络计划图和相应计算来反映整个项目的全貌,表达各项工序的先后顺序以及各项工序之间的相互制约和依赖关系。因此,在工程应用中的核心问题就是网络图绘制和网络计划的调度优化,同时还需要根据工程进度变化适时调整和不断改进工程计划来寻找满意方案,这一具有反馈机制的闭环控制过程,从某种程度上决定了管理效率和工程项目利润的高低。通过大量跟踪调研,我们依然可以发现,NPT在我国的许多工程应用并不十分理想,许多施工企业网络计划应用,从头到尾就只有一张网络图,很少进行进度优化,能够切实用于指导施工实际的网络计划为数较少。尤其是许多片面性的应用,掩盖了网络计划技术的本来面目。为什么会出现这种状况?从技术和管理的视角,我们可以发现制约NPT推广应用的三个主要因素：第一,从人类思维能力方面分析,人类具有局部思维能力比较强,整体思维能力较弱的特点。当面对规模庞大、工序繁多且关系复杂的工程项目时,很难想象有谁能完全彻底地弄清楚整个工程中的每一个工序和工序关系,加上网络图形结构的随意性带来网络图形的不确定性,绘制时很容易形成网络图形的“蜘蛛网状”,导致图形修改困难,甚至无法使用。在一个工序多、逻辑关系复杂的图形结构尚未呈现出来之前,工程技术人员如何正确绘制以及绘图效率所面临的困难是可以想象的。此外,工程技术人员还要面对因工程设计变化或工程不能按原有计划进行时的网络图适时变更问题。因此,网络图的绘制效率成为制约其推广应用的主要障碍之一。第二,编制好的初始计划在付诸实施之前,需要进一步检查其是否符合工期、费用和资源等指标的要求,是否满足既定约束条件下的工期、费用、资源之间较佳的均衡性,需要通过不断改进网络计划来寻找满意方案,使之达到以最小的资源消耗取得最大的经济效果。这就需要构建相应的优化模型,通过数值求解重新安排新的网络计划。面对类型繁多的各种优化理论和方法,高深难解的数学模型,对国内许多施工企业的现有技术条件来说,无疑又提出了较高的要求,这也造成许多企业很少进行工程优化的主要原因。第三,网络图绘制、网络计划优化、工程进度监督与控制构成了NPT应用的关键节点,网络计划的实施过程是一个具有反馈机制的闭环控制过程。只有彼此相互配合和支持,才能发挥出NPT的真正优势和作用。因此,需要一种集成的应用平台,从反馈、控制、分析、预测等方面为网络计划制定、进度计划管理提供技术支撑与决策支持。从目前国内外的网络计划软件的支撑力度和国内企业信息化现状来看,依然存在严重不足和缺失。在计算机技术发展的今天,如何利用计算机的长处,弥补人类先天的短处,探讨NPT的应用复杂性,将NPT这一先进管理理念平滑引入到现有日常工作中,实现对项目时间、成本组成要素的科学管理,降低工程技术人员的劳动强度,增强工程企业管理者投身到网络计划应用中去的信心和决心,开展NPT的应用集成研究就成为了一个十分有意义的研究课题。论文依托相关课题,以大型矿井建设项目为对象,在系统分析现有研究成果和现有软件功能的基础上,综合运用工程学、管理科学、运筹学和信息科学的相关理论和方法,设计并系统实现了双代号网络图智能绘制的核心算法,针对大型矿井工程多个“投产点”的工程特点,构建并系统实现了工程网络计划的优化模型与数值求解,提出和系统实现了一体化的网络计划应用集成方案,为网络计划应用提供技术支撑和决策支持。研究成果已在PMW矿己二、己四采区工程实施,四年多来的应用结果表明,在计算机智能绘图代替手工绘制,模型优化代替主观决策,数据库管理代替手工管理等方面,取得了明显的社会和经济效益,再一次体现和验证了NPT在大型矿井工程建设中的积极作用,为类似工程建设注入了新的信心和活力。论文的主要创新性研究在于：(1)与现有研究不同的是,网络图采用了基于邻接表方式的存储结构,通过非递归深度优先遍历探查网络图分布的线路,运用顺序存储的栈结构模式实现复杂图形元素的数据转换,依据双代号网络图虚工序的设置原则,设计了网络图绘制的排序算法、编号算法、汇点算法和布点算法,采用B/S架构、Stripes框架以及Eclipse、Java、CSS、Javascript、 Ajax等开发技术,解决了绘图过程中因箭线的随意性带来网络图形的不确定性技术难题,实现了大型矿井工程双代号网络图的计算机自动绘制。工程应用表明,只要输入工程的基本信息,系统就能自动标识关键线路,自动完成编号、布点、连线等绘图过程。工程实践验证了绘图算法的正确性和和绘制过程的高效性。(2)与现有研究不同的是,本文针对矿井工程“多个投产点”的特殊性,充分考虑了资金的时间价值,构建的净现值全局优化模型,辅以工期-资源模型的局部优化,满足了建设资金分期投入的实际需求,实现了从项目时间的角度对项目成本的间接压缩。工程应用表明,当工程不能按原有计划进行,或某些工序发生变化时,系统能够根据变化信息动态地修改网络图并重新进行时间、资金的优化配置,保证工程始终按照最优路径进行。工程实践验证了优化算法的可行性和有效性。(3)为满足网络计划技术的实施需要,弥补现有软件支撑力度不足,本研究采用基于MVC设计模式,运用Eclipse编程环境,研究开发了集基础数据管理、网络图智能绘制、工程计划优化、进度实时监控等功能于一体的集成应用系统,将跨部门、跨流程的工作任务,依托统一的工作平台,保证了工程数据的一致性,降低了用户跨部门之间的工作协调成本,提高了组织管理措施上的快速反应能力,从而能够从反馈、控制、分析、预测的角度实现施工进度的有效控制和管理。论文共分六章。第一章绪论。阐述选题来源、目的及意义,国内外研究现状的文献综述,明确研究目标,确定研究方法、技术路线,阐明论文创新点。第二章PERT复杂性研究。在阐述大型矿井工程项目特点、项目管理内容、流程,以及网络计划图的组成与类型基础上,从网络图参数计算、数据转换、图形结构随意性、网络图变更、优化目标之间的制约性、优化方法的多样性、模型构建与求解等方面分析了NPT的应用复杂性。讨论了国内施工企业的信息化现状和矿井工程企业的网络计划应用环境。第三章PERT智能绘图研究。本章在阐述双代号网络图绘制规则和方法的基础上,探讨计算机系统实现的总体思路,重点研究网络图的存储结构、网络图绘制的排序、编号、汇点、布点的绘图核心算法与编程实现技术,最后通过一个实例来检验绘图系统的高效性和可操作性。第四章矿井工程优化研究。针对矿井工程“多个投出点”的特殊性,本章提出了三种矿井工程优化模型,采用计算机编程实现了优化模型的数值计算,通过工程实例检验了模型的可行性和有效性。第五章集成应用平台研究。针对计划执行中的监督与控制及计划调整缺少有效的管理方法的现状,从网络计划的企业应用模式入手,在分析用户信息需求、业务流程和数据流程的基础上,提出了基于Eclipse开发环境的集成方案与系统实现技术,从反馈、控制、分析、预测的角度为工程进度管理提供技术支撑与决策支持。第六章矿井工程应用效益分析。一体化的集成应用平台在PMW矿的实施,为企业摆脱应用困境发挥了重要作用。本章介绍了PMW矿矿井工程建设情况,运用净现值优化模型进行工程整体优化,直接经济效益体现在工期缩短和减少利息支出两个方面,间接经济效益从用户效益、项目效益、企业效益和社会效益四个方面都得到了充分体现。第七章研究与展望。归纳总结论文的主要创新性研究工作,对今后的研究提出设想。
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【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU72

【参考文献】