Ottimizzazione nella gestione dei progetti Capitolo 6 Project Scheduling con vincoli sulle risorse CARLO MANNINO

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1 Ottmzzazone nella gtone de progett Captolo 6 Project Schedulng con vncol sulle rsorse CARLO MANNINO Unverstà d Roma La Sapenza Dpartmento d Informatca e Sstemstca 1

2 Rsorse Ogn attvtà rchede rsorse per sere eguta Attvtà del project manager Classfcazone delle rsorse necsare al progetto Determnazone dsponbltà per categora d rsorsa Stma della rchta d rsorse per ogn attvtà categore base d rsorse (Bkazewcz 86) rnnovabl Non rnnovabl Doppamente vncolate

3 Rsorse Rnnovabl (R ρ ) La quanttà dsponble è rnnovable n ogn perodo d tempo del nostro orzzonte. L nseme delle rsorse rnnovabl è ndcato con R ρ. C sono vncol sulla dsponbltà n ogn perodo d tempo, ma non sulla quanttà utlzzata durante l ntero orzzonte. Esemp Manodopera Macchnar Spazo Strumentazone Es. Esste un vncolo gornalero su quant opera specalzzat posso utlzzare ogn gorno, ma nsun vncolo su quant ne userò nell ntero progetto. La quanttà d rsorsa k R ρ dsponble nel perodo t vene ndcata con a kt (se n ogn perodo la dsponbltà è costante, s scrverà a k ). La quanttà d rsorsa k R ρ, rchta nel perodo t dall attvtà è r kt ogn perodo la rchta è costante, s scrverà r k ). (se n

4 Rsorse NON- Rnnovabl (R ν ) La dsponbltà è determnata per tutto l orzzonte temporale. L nseme delle rsorse non rnnovabl è ndcato con R ν. Esempo: la quanttà d captale dsponble. Rsorse doppamente vncolate: dsponbltà lmtata sa n ogn perodo che per l ntero progetto. Esempo classco: l captale; n ogn perodo le uscte d cassa (cash flow negatvo) non possono superare un dato ammontare (l budget).

5 Altre classfcazone delle rsorse Rsorse Contnue: la quanttà può varare con contnutà (. elettrctà, energa, ) Dscrete: la quanttà è dscretzzata (. manodopera, gorn, ) Rsorse Interrompbl (preempton): una rsorsa è nterrompble se ogn attvtà che la rchede è nterrompble, ovvero sa la rsorsa può sere assegnata ad altra attvtà (e l attvtà corrente verrà completata n seguto). Ad empo, l mcro-procsore d un computer è una rsorsa nterrompble. Non nterrompbl (no-preempton) 5

6 Introduzone al RCPSP Ogn attvtà rchede una certa quanttà d rsorse per poter sere eguta Rource Constraned Project Schedulng Problem (RCPSP): calcolo del makpan n prenza d vncol sulle rsorse. Ipot del modello: vncol d precedenza tpo Fnsh/Start con tme lag nullo una rsorsa unca e rnnovable; attvtà non nterrompbl (no preempton) G=(V,A): grafo de vncol. r : costante che ndca la quanttà d rsorsa rchta dall attvtà. a : quanttà d rsorsa dsponble n ogn stante 8 d : durata attvtà 6 j durata r

7 11 j durata r Gantt con rsorsa Gantt chart con rsorsa Ascsse: tempo d svolgmento Ordnate: quanttà d rsorsa Earlt start schedule: Completamento: 1 Rsorsa necsara: Che fare se c sono solo 8 untà d rsorsa dsponbl? 7

8 Gantt con rsorsa j durata r Gantt chart con rsorsa Allungando temp d completamento rco a rsparmare rsorsa Problema: mnmo tempo d completamento con vncol sulla rsorsa. 8

9 Istant e perod OSS. Dstnguamo fra stant temporal (punt) e perod temporal (ntervall) Def. Per t = 1,, T, l perodo t corrsponde all ntervallo [t-1,t) Es. e 5 non sono n svolgmento nello stso perodo Gl stant vanno da a T (deadlne) perod 9

10 Formulazone d base Prenteremo alcune formulazon per l problema Partamo da una formulazone base (non rapprentable plctamente) s : varable reale che rapprenta l stante n cu l attvtà V comnca a : quanttà d rsorsa dsponble S(t): nseme delle attvtà n svolgmento nel perodo t. Obettvo: mnmzzazone della durata del progetto mn s n s j s + d j A s 1 =, s V Σ S(t) r a t =,,T OSS: S(t) è una funzone del pano s, e non è noto a pror. Come prmere l vncolo sulla rsorsa? 1

11 Formulazone d Prtsker (1969) VARIABILI della formulazone (tme ndeed): V e t {,, T} ntroducamo una varable bnara t t = 1 se l attvtà comnca nell stante t (s = t) altrment Vncol ls t= t t = t V, t 1 = V, t ls + 1 = 1 V [A] - Precedenze temporal s j s + d t t d + + q= 1 jq l attvtà non può comncare prma d l attvtà non può comncare dopo ls l attvtà comnca n attamente un stante OSS: da [A] segue: 1 j A, t T s ls = t t t= 11

12 Vncolo dsponbltà d rsorsa - La quanttà massma d rsorsa n ogn perodo è par ad a OSS. L attvtà è n svolgmento nel perodo t => [t-1,t) (qund utlzza r untà d rsorsa nel perodo t)se nza n un qualunque stante compro fra t - d e t-1 t 1 q= t d q = 1 se l attvtà è n svolgmento nel perodo t (t - d s t-1) altrment E qund: t 1 q= t d r q = r se l attvtà è n svolgmento nel perodo t (t - d s t-1) altrment Infne, pù attvtà possono sere n svolgmento nel perodo t n r = 1 t 1 q= t d q a t =,..., T Vncolo sulla dsponbltà d rsorsa 1

13 Funzone obettvo Prtsker Obettvo : mnmzzare l tempo d completamento del progetto s n s n = T t= t n nt T mn t t= n nt Funzone Obettvo 1

14 Formulazone d Prtsker ls n mn t= n t nt mnmzzazone tempo d completamento t t = V, t 1 = V, t ls + 1 l attvtà non può comncare prma d l attvtà non può comncare dopo ls ls t= n t t r = 1 t 1 q= t d = 1 V t d + + q= q 1 jq 1 j a t =,..., T t {,1}, V, t =,..., T A, t T unctà stante d nzo precedenze temporal dsponbltà d rsorsa Varabl bnare 1

15 Formulazone d Mngozz (et al.) Inseme ammssble: nformalmente, sottonseme d attvtà che possono svolgers smultaneamente senza volare vncol d precedenza (plct o mplcat) o d dsponbltà d rsorsa Es. T = 15, a = 8, nseme {,5} è ammssble: r + r 5 = 6 8 j durata r ls lf {5,9} non è ammssble (5 precede 9) {,,5} non è ammssble (rchede 9 untà d rsorsa) Indchamo con IA l nseme d tutt gl nsem ammssbl 15

16 La chusura transtva Def. Chusura transtva: dato un grafo orentato acclco G(V,A), s defnsce chusura transtva d G l grafo G * (V,A * ), ove (,j) A * se e solo se ste un cammno orentato da a j n G Def. Inseme ammssble. S V è detto ammssble se e solo se (1): per ogn, j S, (,j) A * e (j,) A * (): j S r j a 16

17 Formulazone d Mngozz Def. k IA, l subset earlt start tme (S_EST k ) è defnto come l mnmo stante d tempo n cu tutte le attvtà d k possono sere comncate: S_EST k = ma k { } Def. k IA, l subset latt fnsh tme (S_FST k ) è defnto come l massmo stante d tempo n cu tutte le attvtà d k possono sere n svolgmento smultaneamente: S_FST k = mn k {lf } j durata r ls lf k = {,} S_EST k = ma{, } = S_FST k = mn{, 7} = Def. V, defnamo come famgla ammssble per la famgla S IA degl nsem ammssbl che contengono l attvtà : S = {k IA: k} 17

18 Varabl Formulazone d Mngozz: varabl k IA e p {S_EST k +1,, S_LFT k } defnamo una varable bnara y kp y kp = 1 se l nseme k è n svolgmento nel perodo p (= tutte le attvtà dell nseme sono n svolgmento) altrment V e t {,, T } defnamo una varable bnara t t = 1 se l attvtà comnca nell stante t (s = t) altrment Vncol t t = = V, t 1 V, t ls + 1 l attvtà non può comncare prma d l attvtà non può comncare dopo ls ls t= t = 1 V unctà stante d nzo 18

19 Formulazone d Mngozz: vncol Vncol - Un solo nseme ammssble k può sere n svolgmento n ogn perodo IA k = 1 S _ LFT k S p= S _ EST + 1 y kp 1 k y kp = d k p [1,..., T ] - Ogn attvtà deve sere n svolgmento n attamente d perod V ove S = {k IA: k} - L attvtà comnca nell stante t se a) ste un nseme k S n svolgmento nel perodo t+1, ma b) non ste un nseme k S n svolgmento nel perodo t t k S y y V, t [, ls k, t+ 1 k, t k S ] 19

20 Formulazone d Mngozz T mn t IA k = 1 t= n S _ LFT nt k S p= S _ EST + 1 y kp 1 p [1,..., T ] k y kp = d k V ove S = {k IA: k} ls t t= t t t y kp k S t y y V, t [, ls k, t+ 1 k, t k S = 1 V = = V, t 1 V, t ls + 1 {,1}, V, t {,..., T} {,1}, k IA, p {1, K, T} ]