USST_Arts_112500790多技能员工项目调度问题研究

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3.0 赵德峰 2024-11-11 6 4 1.77MB 64 页 15积分

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摘要

在企业的生产过程中，项目调度问题一直都是一个基础性很强，但同时又是

最重要、最困难、最复杂的问题。针对此类问题的研究已经发展了几十年了，而

且针对此类的问题的算法也已经相当的丰富和多样，而且在实际生产中也得到了

不同程度的广泛应用和实践。但是此类问题的解决还远远没有达到完善的地步，

很多算法的效率也都有很大的改造空间和提升的可能，另一方面，对于员工这个

项目调度问题中的柔性要素，其实可以进行更加深入的研究，而越来越多的学者

开始在这个方向上进行了有益探索。

本文正是在这样的大背景下，基于一种新颖的和声算法来求解项目管理调度

中员工调度这类综合性问题。

首先，本文简要回顾了项目管理调度的有关知识背景、研究现状以及常见的

用来解决此类问题的各种算法，特别是针对项目调度中的各类问题以及和声算法

这个比较新的智能优化算法。

其次，本文着重讲述了算法的基本原理。主要包括智能算法的研究情况，重

点介绍了和声算法，并针对如何提高其搜索效率进行了有效讨论；介绍了和声算

法的相关知识背景和算法的理论基础和重要参数，同时还专门针对重要的两个参

数加以优化调整和讨论，并在此基础上对和声算法做了相应的改进，提高了算法

的全局搜索能力。

接着，本文专门针对多技能员工的项目调度问题作了详细的阐述，分别针对

效率相同和效率不同两种情况做了深入研究和探讨，提出了求解多技能员工调度

的和声算法的设计步骤和实现伪代码。

此外，本文还针对具有学习效应的员工调度问题作出了详细的描述和初步探

讨，并利用遗传算法对其进行了编程求解。

最后，本文给了一个实际工作中的员工作业的例子，并利用 Matlab 编程进行

了实验，通过观察结果，这个例子很好的验证了本文的算法以及和声算法在求解

多技能员工调度问题时的有效性，并在本文结尾部分指出了今后可以对和声算法

以及多技能员工调度可以做出的探索和展望。

关键词：和声算法

多技能员工调度

资源受限

学习效应

ABSTRACT

In the process of manufacturing process，project scheduling problem has been a

very basic and fundamental problem, meanwhile, this kind of problems are the most

important, difficult and complex. As we all know that the study of such problems has

been developed for decades, and the algorithm for such problems has also been very

rich and diverse. But the solution to the problem was far from perfect proportions, the

efficiency of many algorithms have great potential to enhance. On the other hand,

human resources as an important element, has not been taken into consideration very

deeply, many scientists are now doing some explorations on this area.

This article is in this context, based onharmonyalgorithm to solve the project

scheduling problem combined with skilled workforce scheduling problem.

First, this article briefly reviews the relevant project scheduling background,

research status and common algorithms to solve such problems, especially for various

types of project scheduling problems, and this latest harmony algorithm.

Secondly, this article focuses on the basic principles of the algorithm described,

mostly describedhow to improve the search efficiency; introduced the knowledge of the

algorithm theoretical basis and key parameters, specifically important to adjust two

parameters to be optimized and discussed, and on this basis, improve the algorithm's

global search capability.

Then, this paper specifically described skilled workforce scheduling problems,

focus on two aspects-same work efficiency and different work efficiency, proposed a

harmony algorithm to solve these problems.

In addition, learning effect has also been taken in to account in the article, using

genetic algorithm to solve it.

Finally, with examples using Matlab simulation program, through the analysis, it

proved that the harmony algorithm can solve skilled workforce scheduling problem very

well. In the end of this article, the lack of this articleand further research directions have

been point out.

Key Word: Harmony algorithm, skilled workforce

，

scheduling,

resource constraint, learning effect

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .................................................................................................................... 1

1.1 研究背景和意义 .................................................................................................... 1

1.1.1 研究背景 ......................................................................................................... 1

1.1.2 研究意义 ......................................................................................................... 3

1.2 国内外研究现状 .................................................................................................... 4

1.2.1 员工调度 .......................................................................................................... 4

1.2.2 经典项目调度 .................................................................................................. 4

1.2.3 人力资源调度 .................................................................................................. 6

1.2.4 智能算法 ......................................................................................................... 7

1.3 研究内容及方法 .................................................................................................... 8

1.3.1 研究目标内容 .................................................................................................. 8

1.3.2 研究方法 .......................................................................................................... 9

1.4 研究构架 ................................................................................................................ 9

1.5 本文结构安排 ........................................................................................................ 9

第二章多技能员工的调度问题 ................................................................................... 11

2.1 和声算法概述 ...................................................................................................... 11

2.1.1 和声算法的基础原理 ................................................................................... 11

2.1.2 和声算法的数学描述 ................................................................................... 13

2.1.3 改进的和声算法 ........................................................................................... 15

2.1.4 改进的和声算法在连续函数优化中的表现 ............................................... 16

2.2 具有相同工作效率的多技能员工调度 ............................................................. 21

2.2.1 问题描述 ....................................................................................................... 21

2.2.2 串行调度生成机制 ....................................................................................... 23

2.2.3 和声算法 ....................................................................................................... 24

2.3 具有不同工作效率的多技能员工调度 ............................................................. 29

2.3.1 问题描述 ....................................................................................................... 29

2.3.2 和声算法 ....................................................................................................... 31

2.4 本章小结 ............................................................................................................. 40

第三章考虑学习效应的技能型员工调度问题 .......................................................... 41

3.1 学习效应 .............................................................................................................. 41

3.1.1 概述 ............................................................................................................... 41

3.1.2 学习效应对员工的影响 ................................................................................ 41

3.2 具有学习效应的员工调度 .................................................................................. 42

3.2.1 问题描述 ....................................................................................................... 42

3.2.2 遗传算法 ........................................................................................................ 44

3.3 本章小结 .............................................................................................................. 48

第四章实证研究 .......................................................................................................... 50

4.1 研究对象及案例描述 .......................................................................................... 50

4.1.1 研究背景 ........................................................................................................ 50

4.1.2 案例描述 ....................................................................................................... 50

4.2 实证分析 ............................................................................................................. 52

4.2.1 项目分析 ........................................................................................................ 52

4.2.2 和声算法计算 ................................................................................................ 53

4.3 本章小结 .............................................................................................................. 54

第五章结论和展望 ...................................................................................................... 56

5.1 结论 ...................................................................................................................... 56

5.2 研究不足之处与未来研究方向 .......................................................................... 56

参考文献 ........................................................................................................................ 57

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ............................................ 61

致谢 ................................................................................................................................ 62

第一章绪论

1.1

研究背景和意义

1.1.1

研究背景

现今社会，和以往社会相比，发生了巨大的变化，科技的飞速发展使得整个

社会的进程逐渐加快，现代社会中的企业也面临着前所未有的挑战。项目变得越

来越复杂庞大，人力资源成本不断上涨，每个项目都牵涉到许多个部门，甚至很

多要和外部其他企业进行协作，单一的生产模式也慢慢被淘汰，闭门造车的时代

已经一去不复返。在这样的大环境之下，每个企业都要重新思考自身的发展模式，

“产品经理”这样的高度复合型人才成为每个企业重点培养的对象，而“产品经

理”所代表的就是这样一类人——他们具有复合技能，能够在好几个工作中承担

责任，这种人就是“技能型员工”，由此而必然产生的一个问题，就是技能型员工

在一个复杂项目中的调度问题，即“多技能型员工调度”越来越引起大家的广泛

关注。多技能的项目员工调度是一个复杂的任务调度和人员分配问题, 它涵盖了项

目调度和员工调度这两个调度领域，是一个跨领域的综合性调度问题，需要同时

对项目和人员进行合理的分配调度，从而达到最优调度解。该问题在实际生活中

具有非常重要的意义，具体可从以下几方面得以体现。

1) 复合型项目的日益增多

经济全球化发展趋势下，互联网的普及使得企业再也不能只凭借自己的判断

和喜好去制定产品和项目，而是要面向用户，而当今社会的用户思维也和以往不

同，用户更加在乎产品体验，并且会不断的提出意见和建议，因此现在的产品项

目大多是根据不同的用户群来进行量身定制的，这就使得项目的复杂性大大增加，

同一款产品也需要定制成不同的版本用以满足客户需求，这就促使企业更加趋向

于采用面向项目(project-oriented)的生产方式。各个领域的项目都大量增加并且日

益复杂:

①大型工程项目如水利、交通、基础设施建设等由国家牵头，在全国各地进

行开展，例如让我们出行越来越便利的高铁等，这类项目的特点为规模宏大、开

发时间超长、所需经费多，这样的特性将决定多技能型人才在未来的高需求程度。

②随着互联网的大力发展，软件工程已经渗透在各行各业中，整个社会对软

件系统的要求更多更复杂。欧美等一线发达国家乃至一些发展中国家都纷纷制定

了相关的科研计划发展高级大型计算机，硬件技术的稳步发展为软件的发展提供

上海理工大学硕士学位论文

了强有力的技术支撑; 与此同时，用户对信息化的要求也越来越高，从计算机发展

初期的文本需求到后来的图像需求再到兴起的多媒体时代, 现在的用户需求已经

进入了大数据时代,复杂庞大的数据库为软件的发展带来了新的市场需求和挑战，

随之而来的是更加复杂的软件程序开发项目。举个简单的例子，像微软，腾讯这

样的公司，其开发的软件程序至少都有百万行至千万行以上的代码, 一个程序的开

发需要数千个程序员协作进行，其中项目经理的数量达到上百个。

③不仅仅是互联网行业，连传统制造业也逐步开始改变以往的生产模式，而

改用项目的形式来进行生产研发。企业的发展模式大多数也不再是单一产品的批

量规模化生产, 取而代之的是丰富的产品线，全国数家工厂同时生产而共同形成的

长期连续型生产。在这个过程中，创新理念引发的新产品开发，生产线更新包括

后期的市场营销活动都交织在一起，形成了一个又一个的大型多阶段项目。一个

型号的汽车从研发到上市基本需要经历 2年以上的周期，包含数十个任务阶段，

细分之后的子工作（sub-work）达到数万个。

2) 人力资源成本上涨

根据非常著名的刘易斯拐点的说法，中国现阶段的情况应当已经到达或者过

了刘易斯拐点，进入了经济发展的第二个阶段——劳动力短缺阶段，人力资源状

况也由之前的过剩状态变为现在的短缺状态，劳动力供给曲线开始向上倾斜，工

资水平也开始不断提高。用工荒现象的出现，标志着经济发展的一个重要转折点

—“刘易斯拐点”，中国社会科学院人口与劳动经济研究所所长蔡昉在接受采访时

就指出，中国经济在十二五期间将发生重要的变化，主要体现在资本和劳动力将

会变的相对稀缺，过去廉价的劳动力要素价格将上升，而过去稀缺的资本要素将

变得相对充裕。在一些基础产业领域，由于产业升级的不完全，仍然需要大量人

力，出现招工困难甚至招不到相应的劳动力等局面；在高新科技产业和新兴产业，

劳动力成本的上升尤为明显，这大大加剧了企业运营成本，如何节约运营成本成

为企业生存和发展的头等大事。

3) 技能型员工和学习型员工成为未来企业的重点需求对象

如上所述，由于外部环境和内部竞争格局的变化，传统的员工类型已经不再

那么适合现代企业的发展。无论是考虑到项目的复杂程度还是企业的发展前途，

都使得现代企业对员工的要求越来越高，这些高要求具体体现在员工对技能的熟

练程度和其个人综合素质。员工如果可以做到一专多能，并且工作效率高,那么就

可以灵活安排员工用以配合项目进度和生产计划，促使整个项目工期缩短，并且

可以提高应变能力以防止特殊情况的发生而影响整个项目，例如如果某个员工有

第一章绪论

紧急情况需要离开项目，那么不用担心别人无法胜任他的职责，只需要调配另一

名也掌握该技能的员工即可。这种情况经常会发生，在软件工程项目中，我们往

往要求开发人员既能编程、又能测试，最好还能懂一些互联网的只是；在科学研

究项目中，要求项目参与人员掌握多学科知识的同时还可以具备一定的市场思维

和营销能力；在制造业项目中，企业往往希望得到这样的技术人员，他既会操作

各种机床，又能够进行设备维修保养。显而易见，技能型员工和学习型员工已成

为现代企业中最急需的人力资源，当有了这样的人力资源后，我们就需要考虑如

何对其进行有效的调配以达到效益最大化。

1.1.2

研究意义

研究多技能复合型员工在项目中的调度问题是有非常重要的理论和实践意义

的，它将帮助绝大多数企业进行合理的人力资源配置。

1) 理论意义

在查阅了国内外相关文献之后, 发现并没有专门针对项目员工调度问题的具

体研究,本文试图建立一个通用的模型并设计可行的算法对其进行求解，以丰富相

关领域的科研内容。

翻看大多数员工调度的文献，考虑的角度不外乎两个方面——员工和企业，

员工自身主要是分析其性格，学习能力；企业方面主要分析激励，领导力，团队

等，但是大多数并没有从任务本身出发来考虑员工在项目中的调度问题。本文尝

试能够从项目任务本身来考虑员工的合理配置问题。

项目管理问题所在的领域是一个交叉学科研究领域。在其发展的近百年间，

学者们从自动控制、数学和管理等多个角度进行了积极研究，并且在这些不同的

研究领域都对调度问题的发展做出了很大程度的贡献，这使得项目管理问题得到

了极大的多元化发展，并产生了更多更复杂的研究内容，本文将尽可能的考虑将

员工这种人员因素加入其中，从数学和管理的角度进行研究。

2) 现实意义

前文说到当今社会的发展趋势，现目前国内外企业都面临着挑战，纷繁复杂

的项目工程需要进行执行，这个过程中必然有诸多的困难和问题，如计划不周全

导致项目失败、进度规划出现差错导致项目延期、成本控制很难非常全面最后出

现大幅度超支等状况。并且在这个过程中失败要多于成功，国外某权威机构

Standish Group 多年来专门从事软件开发项目的跟踪，在其 2009 年的报告中显示,

2009 年全美只有 32%的软件工程项目是成功的,44%的项目因预算问题面临着严重

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摘要：

摘要在企业的生产过程中，项目调度问题一直都是一个基础性很强，但同时又是最重要、最困难、最复杂的问题。针对此类问题的研究已经发展了几十年了，而且针对此类的问题的算法也已经相当的丰富和多样，而且在实际生产中也得到了不同程度的广泛应用和实践。但是此类问题的解决还远远没有达到完善的地步，很多算法的效率也都有很大的改造空间和提升的可能，另一方面，对于员工这个项目调度问题中的柔性要素，其实可以进行更加深入的研究，而越来越多的学者开始在这个方向上进行了有益探索。本文正是在这样的大背景下，基于一种新颖的和声算法来求解项目管理调度中员工调度这类综合性问题。首先，本文简要回顾了项目管理调度的有关知识背景、研究现状...

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