Welcome to OR&S! Where students, academics and professionals come together

In this manuscript, an overview is given of the activities done at the Operations Research and Scheduling (OR&S) research group of the faculty of Economics and Business Administration of Ghent University. Unlike the book published by [1] that gives a summary of all academic and professional activities done in the field of Project Management in collaboration with the OR&S group, the focus of the current manuscript lies on academic publications and the integration of these published results in teaching activities. An overview is given of the publications from the very beginning till today, and some of the topics that have led to publications are discussed in somewhat more detail. Moreover, it is shown how the research results have been used in the classroom to actively involve students in our research activities

Simplifying Multiproject Scheduling Problem Based on Design Structure Matrix and Its Solution by an Improved aiNet Algorithm

Managing multiple project is a complex task involving the unrelenting pressures of time and cost. Many studies have proposed various tools and techniques for single-project scheduling; however, the literature further considering multimode or multiproject issues occurring in the real world is rather scarce. In this paper, design structure matrix (DSM) and an improved artificial immune network algorithm (aiNet) are developed to solve a multi-mode resource-constrained scheduling problem. Firstly, the DSM is used to simplify the mathematic model of multi-project scheduling problem. Subsequently, aiNet algorithm comprised of clonal selection, negative selection, and network suppression is adopted to realize the local searching and global searching, which will assure that it has a powerful searching ability and also avoids the possible combinatorial explosion. Finally, the approach is tested on a set of randomly cases generated from ProGen. The computational results validate the effectiveness of the proposed algorithm comparing with other famous metaheuristic algorithms such as genetic algorithm (GA), simulated annealing algorithm (SA), and ant colony optimization (ACO)

Multi-mode resource-constrained project schedule problem: metaheuristic solution procedures and extensions

Operations research (OR) heeft als doel processen binnen organisaties te verbeteren of te optimaliseren met behulp van hiervoor ontwikkelde technieken en modellen. De discipline kende zijn oorsprong tijdens WOII, toen aan de hand van wiskundige modellen de logistieke bevoorrading van militair materiaal en goederen werd gepland. In de jaren na de oorlog ontwikkelde OR zich ten volle en tot op vandaag worden technieken en procedures ontwikkeld om complexe problemen in de bedrijfswereld, de maatschappij en de industrie te analyseren en te optimaliseren. Een van de onderzoeksdomeinen waarbinnen OR actief is, is project management. Project management kan omschreven worden als het geheel van kennis, vaardigheden, tools en technieken om een project te plannen, teneinde aan alle projecteisen te voldoen. Een project kan gedefinieerd worden als een tijdelijke inspanning met als doel het cre¨eren van een uniek product of een unieke service (PMBOK). De bouw van piramides in Egypte, de ontwikkeling van een iPhoneapplicatie, het schrijven van een doctoraat, de organisatie van een verkiezingscampagne of het bouwen van een huis, het zijn allen typische voorbeelden van projecten. De voorbije jaren is het belang van project management enorm toegenomen. Tientallen boeken over project management zijn verschenen en project software pakketten zijn ontwikkeld of uitgebreid met nieuwe planningsmogelijkheden. Bovendien zijn verschillende planningsproblemen reeds uitvoerig bestudeerd in de academische literatuur en zijn talloze exacte, heuristische of metaheuristische oplossingsmethodes voorgesteld. Een van die planningsproblemen is het zogenaamde ’multi-mode resourceconstrained project scheduling probleem’, waarbij getracht wordt een project in een zo kort mogelijke duurtijd te plannen, rekening houdend met de volgorderelaties tussen de verschillende activiteiten ´en met de beschikbare hernieuwbare en niet-hernieuwbare middelen. Voor elk van de activiteiten zijn er bovendien meerdere uitvoeringsmogelijkheden. Dit doctoraat is opgedeeld in twee delen. In een eerste deel worden drie metaheuristische oplossingsprocedures en een nieuwe dataset voorgesteld, terwijl in het tweede deel verschillende meer praktische concepten worden ge¨ıntroduceerd. Dit werk wordt afgesloten met een algemene conclusie en enkele suggesties voor verder onderzoek. Deel I van dit doctoraat start met een introductie van het multi-mode resourceconstrained project scheduling probleem en een overzicht van de beschikbare literatuur. Aan de hand van een voorbeeld worden enkele veelgebruikte termen in de project planning literatuur voorgesteld. Vervolgens worden drie oplossingsmethodes ontwikkeld: een genetisch algoritme (GA), een artificiel immune system algoritme (AIS) en een scatter search algoritme (SS). Het voorgestelde genetisch algoritme verschilt van andere genetische oplossingsmethodes aangezien het gebruik maakt van twee populaties, ´e´en met leftjustified schedules (waarbij alle activiteiten zo vroeg mogelijk gepland worden) en ´e´en met right-justified schedules (waarbij alle activiteiten zo laat mogelijk gepland worden). Het algoritme maakt ook gebruik van een generatieschema dat is uitgebreid met een methode die de gekozen mode van een activiteit tracht te optimaliseren door te kiezen voor de mode die resulteert in de laagst mogelijke eindtijd voor die activiteit. De artificial immune system procedure is gebaseerd op de principes van het menselijke immuun systeem. Wanneer ziektekiemen het menselijke lichaam binnendringen zullen de antigenen die in staat zijn om de ziektekiemen te bestrijden, zich vermenigvuldigen om op die manier zo snel mogelijk de ziekte te doen verdwijnen. Ditzelfde principe wordt toegepast in deze oplossingsmethode, die bovendien een procedure bevat om op een gecontroleerde manier de initi¨ele populatie te genereren. Deze procedure is gebaseerd op experimentele resultaten die een link aantonen tussen bepaalde karakteristieken van de gekozen modes en de uiteindelijke duurtijd van het project. Een laatste algoritme is een scatter search procedure. Deze procedure maakt gebruik van verschillende verbeteringsmethodes die elk aangepast zijn aan de specifieke karakteristieken van de verschillende hernieuwbare en niet-hernieuwbare middelen. De procedure wordt aan de hand van parameters die de beperktheid van de middelen aangeeft, gestuurd in de richting van de meest effici¨ente verbeteringsmethode en op die manier wordt een zo optimaal mogelijke oplossing gezocht. Elk van de voorgestelde procedures behaalde uitstekende resultaten op de bestaande benchmark datasets. Deze sets vertonen evenwel enkele beperkingen gezien de huidige evolutie in de ontwikkeling van metaheuristische oplossingsmethodes. Om die reden werd een nieuwe, verbeterde dataset ontwikkeld, die onderzoekers in staat moet stellen om hun oplossingen te vergelijken met andere procedures. Om een vergelijking te kunnen maken tussen alle bestaande oplossingsmethodes hebben we elk algoritme dat beschikbaar is in de literatuur gecodeerd en getest op de bestaande en nieuwe datasets. Door alle testen uit te voeren op eenzelfde computer en met eenzelfde stopcriterium zijn we in staat geweest een duidelijke en faire vergelijking te maken. Onze voorgestelde algoritmes performeren bovendien uitstekend. In het tweede deel van dit doctoraat worden een aantal uitbreidingen onder de loep genomen. Zo wordt in het eerste hoofdstuk van dit tweede deel de invloed nagegaan van het onderbreken van activiteiten: activiteiten kunnen dan op elke tijdstip stopgezet worden om later, zonder bijkomende kost, herstart te worden. De introductie van deze uitbreiding leidt tot een significante daling van de gemiddelde duurtijd van een project vergeleken met de situatie waarin geen onderbrekingen toegelaten worden. Een andere uitbreiding is de introductie van leereffecten in een projectomgeving. Hierbij wordt verondersteld dat een persoon effici¨enter wordt naarmate hij of zij langer aan een activiteit werkt. Dit leerconcept wordt vanuit drie verschillende zijdes bekeken. Ten eerste wordt nagegaan wat de invloed is van de introductie van het leerconcept op de totale duurtijd van een project en worden de verschillende parameters die hierop een invloed hebben geanalyseerd. Ten tweede bekijken we welke foutenmarge er moet aangenomen worden wanneer men geen rekening houdt met het leerconcept en tot slot achterhalen we dat door het tijdig incorporeren van de leereffecten significante verbeteringen kunnen gerealiseerd worden. In het laatste deel van dit doctoraat wordt het genetisch algoritme uit deel I gebruikt om de planning van een audit kantoor te optimaliseren. In deze planning dienen audit teams toegewezen te worden aan verschillende audit taken. Er kan duidelijk aangetoond worden dat met het gebruik van optimalisatietechnieken significante verbeteringen kunnen gemaakt worden in de planning van de audit teams. De bijdrage van dit doctoraat is drievoudig. Ten eerste werden drie stateof-the-art algoritmes gepresenteerd die in staat zijn om het multi-mode resourceconstrained project scheduling probleem op een heel effici¨ente manier op te lossen. Bovendien werd telkens specifieke project informatie gebruikt om de effici¨entie van de procedure te verhogen. Ten tweede werden verschillende stappen ondernomen om dit probleem uit te breiden naar meer realistische planningsproblemen. Het toelaten van het onderbreken van activiteiten en de introductie van leereffecten leidden tot nieuwe inzichten in het onderzoek van project planning. Tot slot wordt met de ontwikkeling van een nieuwe dataset onderzoekers aangemoedigd om hun resultaten te vergelijken met die van andere procedures. Met deze nieuwe dataset is tevens de basis gelegd voor verder onderzoek van dit interessante planning

Reactive scheduling to treat disruptive events in the MRCPSP

Esta tesis se centra en diseñar y desarrollar una metodología para abordar el MRCPSP con diversas funciones objetivo y diferentes tipos de interrupciones. En esta tesis se exploran el MRCPSP con dos funciones objetivo, a saber: (1) minimizar la duración del proyecto y (2) maximizar el valor presente neto del proyecto. Luego, se tiene en cuenta dos tipos diferentes de interrupciones, (a) interrupción de duración, e (b) interrupción de recurso renovable. Para resolver el MRCPSP, en esta tesis se proponen tres estrategias metaheurísticas: (1) algoritmo memético para minimizar la duración del proyecto, (2) algoritmo adaptativo de forrajeo bacteriano para maximizar el valor presente neto del proyecto y (3) algoritmo de optimización multiobjetivo de forrajeo bacteriano (MBFO) para resolver el MRCPSP con eventos de interrupción. Para juzgar el rendimiento del algoritmo memético y de forrajeo bacteriano propuestos, se ha llevado a cabo un extenso análisis basado en diseño factorial y diseño Taguchi para controlar y optimizar los parámetros del algoritmo. Además se han puesto a prueba resolviendo las instancias de los conjuntos más importantes en la literatura: PSPLIB (10,12,14,16,18,20 y 30 actividades) y MMLIB (50 y 100 actividades). También se ha demostrado la superioridad de los algoritmos metaheurísticos propuestos sobre otros enfoques heurísticos y metaheurísticos del estado del arte. A partir de los estudios experimentales se ha ajustado la MBFO, utilizando un caso de estudio.DoctoradoDoctor en Ingeniería Industria

A Comprehensive Survey on Particle Swarm Optimization Algorithm and Its Applications

Particle swarm optimization (PSO) is a heuristic global optimization method, proposed originally by Kennedy and Eberhart in 1995. It is now one of the most commonly used optimization techniques. This survey presented a comprehensive investigation of PSO. On one hand, we provided advances with PSO, including its modifications (including quantum-behaved PSO, bare-bones PSO, chaotic PSO, and fuzzy PSO), population topology (as fully connected, von Neumann, ring, star, random, etc.), hybridization (with genetic algorithm, simulated annealing, Tabu search, artificial immune system, ant colony algorithm, artificial bee colony, differential evolution, harmonic search, and biogeography-based optimization), extensions (to multiobjective, constrained, discrete, and binary optimization), theoretical analysis (parameter selection and tuning, and convergence analysis), and parallel implementation (in multicore, multiprocessor, GPU, and cloud computing forms). On the other hand, we offered a survey on applications of PSO to the following eight fields: electrical and electronic engineering, automation control systems, communication theory, operations research, mechanical engineering, fuel and energy, medicine, chemistry, and biology. It is hoped that this survey would be beneficial for the researchers studying PSO algorithms

A survey on financial applications of metaheuristics

Modern heuristics or metaheuristics are optimization algorithms that have been increasingly used during the last decades to support complex decision-making in a number of fields, such as logistics and transportation, telecommunication networks, bioinformatics, finance, and the like. The continuous increase in computing power, together with advancements in metaheuristics frameworks and parallelization strategies, are empowering these types of algorithms as one of the best alternatives to solve rich and real-life combinatorial optimization problems that arise in a number of financial and banking activities. This article reviews some of the works related to the use of metaheuristics in solving both classical and emergent problems in the finance arena. A non-exhaustive list of examples includes rich portfolio optimization, index tracking, enhanced indexation, credit risk, stock investments, financial project scheduling, option pricing, feature selection, bankruptcy and financial distress prediction, and credit risk assessment. This article also discusses some open opportunities for researchers in the field, and forecast the evolution of metaheuristics to include real-life uncertainty conditions into the optimization problems being considered.This work has been partially supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (TRA2013-48180-C3-P, TRA2015-71883-REDT), FEDER, and the Universitat Jaume I mobility program (E-2015-36)

Relevance and Applicability of Multi-objective Resource Constrained Project Scheduling Problem: Review Article

Resource-Constrained Project Scheduling Problem (RCPSP) is a Non Polynomial (NP) - Hard optimization problem that considers how to assign activities to available resources in order to meet predefined objectives. The problem is usually characterized by precedence relationship between activities with limited capacity of renewable resources. In an environment where resources are limited, projects still have to be finished on time, within the approved budget and in accordance with the preset specifications. Inherently, these tend to make RCPSP, a multi-objective problem. However, it has been treated as a single objective problem with project makespan often recognized as the most relevant objective. As a result of not understanding the multi-objective dimension of some projects, where these objectives need to be simultaneously considered, distraction and conflict of interest have ultimately lead to abandoned or totally failed projects. The aim of this article is to holistically review the relevance and applicability of multi-objective performance dimension of RCPSP in an environment where optimal use of limited resources is important

Resource Tardiness Weighted Cost Minimization in Project Scheduling

In this paper, we study a project scheduling problem that is called resource constrained project scheduling problem under minimization of total weighted resource tardiness penalty cost (RCPSP-TWRTPC). In this problem, the project is subject to renewable resources, each renewable resource is available for limited time periods during the project life cycle, and keeping the resource for each extra period results in some tardiness penalty cost. We introduce a branch and bound algorithm to solve the problem exactly and use several bounding, fathoming, and dominance rules in our algorithm to shorten the enumeration process. We point out parameters affecting the RCPSP-TWRTPC degree of difficulty, generate extensive sets of sample instances for the problem, and perform comprehensive experimental analysis using the customized algorithm and also CPLEX solver. We analyze the algorithm behavior with respect to the changes in instances degree of difficulty and compare its performance for different cases with the CPLEX solver. The results reveal algorithm efficiency