Creation of the selection list for the Experiment Scheduling Program (ESP)

The efforts to develop a procedure to construct selection groups to augment the Experiment Scheduling Program (ESP) are summarized. Included is a User's Guide and a sample scenario to guide in the use of the software system that implements the developed procedures

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

Diseño de un modelo dinámico de asignación de recursos públicos para la formación de capital humano demandado por sectores estratégicos en crecimiento

Esta investigación presenta un enfoque de programación dinámica para la planeación de la educación profesional de alto nivel financiada con recursos públicos. El objetivo es entregar una herramienta de soporte para la toma de decisiones en la asignación de dinero en los programas de becas condonables otorgadas por agencias gubernamentales. Se propone una metodología apoyada en las buenas prácticas para identificar la demanda profesional. La estrategia de solución se basa en programación dinámica; se construye la red matricial y se resuelve por medio de la técnica de inducción hacia atrás. Debido a que las decisiones se generan mediante una meta-heurística, y se generan variables de deserción y rezago según una distribución de probabilidad, es necesario efectuar varias corridas. Este conjunto de soluciones se analizan para encontrar la política de inversión sugerida: las cantidades de perfiles profesionales a formar en cada período con presupuesto disponible.MaestríaMagister en Ingeniería Industria

Intelligent Scheduling of Medical Procedures

In the Canadian universal healthcare system, public access to care is not limited by monetary or social economic factors. Rather, waiting time is the dominant factor limiting public access to healthcare. Excessive waiting lowers quality of life while waiting, and worsening of condition during the delay, which could lower the effectiveness of the planned operation. Excessive waiting has also been shown to carry economic cost. At the core of the wait time problem is a resource scheduling and management issue. The scheduling of medical procedures is a complex and difficult task. The goal of research in this thesis is to develop the foundation models and algorithms for a resource optimization system. Such a system will help healthcare administrators intelligently schedule procedures to optimize resource utilization, identify bottlenecks and reduce patient wait times. This thesis develops a novel framework, the MPSP model, to model medical procedures. The MPSP model is designed to be general and versatile to model a variety of different procedures. The specific procedure modeled in detail in this thesis is the haemodialysis procedure. Solving the MPSP model exactly to obtain guaranteed optimal solutions is computationally expensive and not practical for real-time scheduling. A fast, high quality evolutionary heuristic, gMASH, is developed to quickly solve large problems. The MPSP model and the gMASH heuristic form a foundation for an intelligent medical procedures scheduling and optimization system

Étude de l’impact du chevauchement sur les performances de projets complexes d’ingénierie

RÉSUMÉ : Le chevauchement d’activités au sein d’un projet est une des techniques les plus répandues pour accélérer l’exécution d’un projet. Le chevauchement d’activités consiste à autoriser des activités qui traditionnellement s’exécutent de façon séquentielle à se chevaucher de sorte que les activités en aval débutent avant la fin des activités en amont en se basant sur des informations partielles. Plusieurs stratégies d’exécution de projets appliquées dans la pratique, telles que l’ingénierie simultanée dans les projets de développement de produits et la construction en « fast-tracking », reposent sur ce principe. Cette technique a montré ses preuves dans sa capacité à réduire la durée de projets, avec cependant plusieurs inconvénients. Le chevauchement peut causer des retouches du travail exécuté à partir d’information préliminaire et mener à des itérations. Ces retouches sont difficilement quantifiables et représentent une charge de travail et des coûts supplémentaires qui peuvent réduire ou annuler les bénéfices du chevauchement. Cela soulève la question de quand et de combien les activités devraient être chevauchées dans les projets industriels. Dans la pratique, les gestionnaires de projets ne possèdent pas d’outils d’aide à la décision pour répondre à cette question. Cette thèse s’intéresse ainsi au problème d’ordonnancement de projet avec chevauchement d’activités dans un contexte déterministe. Ce problème cherche à déterminer conjointement le meilleur calendrier en termes de coût ou de durée de projet et les décisions de chevauchement, c’est-à-dire quelles activités chevaucher et dans quelle mesure. Nous nous intéressons aux projets complexes caractérisés par des contraintes de disponibilité de ressources, des réseaux complexes d’activités, un nombre important d’activités et de couples d’activités qui peuvent se chevaucher. Les objectifs de cette thèse sont de modéliser, quantifier et analyser, dans le cas de projets complexes d’ingénierie, l’impact des décisions de chevauchement activités sur les performances de projet (durée et coût), en considérant un modèle réaliste de chevauchement. Cette thèse vise aussi à apporter une meilleure compréhension de ces choix dans les projets complexes et proposer des stratégies générales applicables en pratique. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse sont articulés autour de trois articles publiés ou soumis à des revues scientifiques. Le premier article intitulé « Time-cost trade-offs in resource-constrained project scheduling problems with overlapping modes » (publié en 2014 dans International Journal of Project Organisation and Management) introduit un modèle de chevauchement d’activités basé sur des modes de chevauchement reliés aux jalons internes des activités et permet de modéliser de façon réaliste et flexible la relation entre durée de chevauchement et durée de retouche. Ce modèle est inséré dans une modélisation du problème de compromis durée-coût de l’ordonnancement de projets complexes avec contraintes de ressource et chevauchement d’activités sous la forme d’un programme linéaire en nombres entiers. Les durées de communication/coordination et de retouches sont considérées. Le problème est résolu avec une méthode exacte pour un exemple virtuel de projet. Les résultats illustrent les interactions entre le coût de projet, la durée du projet et les contraintes de ressource ainsi que leur influence sur le temps de résolution. Le second article intitulé « A Path Relinking-based Scatter Search for the Resource-Constrained Project Scheduling Problem » (soumis dans European Journal of Operational Research) introduit une métaheuristique dans la famille des recherches dispersées (« scatter search ») pour résoudre le problème standard RCPSP (« Resource-Constrained Project Scheduling Problem ») sans chevauchement. Cet algorithme utilise la méthode FBI (« Forward-Backward Improvement »), inverse la direction d’ordonnancement à chaque itération et est basé sur deux mécanismes novateurs. Premièrement, un PR (« Path Relinking ») bidirectionnel avec un nouveau mouvement opérant sur les distances entre activités est utilisé comme méthode de combinaison des solutions. Deuxièmement, une méthode d’amélioration est utilisée pour améliorer la qualité et la diversité des solutions de l’ensemble de référence. Une méthode avancée de paramétrage de l’algorithme utilisant une méthode de recherche locale a été développée pour déterminer les meilleures valeurs de ses paramètres. L’article montre que cette métaheuristique est capable de fournir des solutions de grande qualité avec des temps de calcul acceptables et appartient aux meilleures méthodes approchées existantes dans la littérature pour la résolution des instances virtuelles de projet de PSPLIB. Enfin, le troisième article intitulé « Influence of the project characteristics on the efficiency of activity overlapping » (soumis dans Computers & Operations Research) a pour principales contributions de quantifier et d’analyser l’influence de huit caractéristiques de projets sur l’efficacité du chevauchement pour diminuer la durée de projet. La réduction de la durée de projet est obtenue en résolvant le problème RCPSP avec et sans chevauchement. Deux méthodes de résolution sont développées pour résoudre le problème avec chevauchement. Une nouvelle méthode exacte basée sur un programme linéaire en nombres entiers avec modes de chevauchement et des techniques de propagation de contraintes est développée. La seconde méthode est une métaheuristique dérivée de la métaheuristique proposée dans le second article. Ces méthodes sont appliquées à un bassin de 3888 instances virtuelles de projets de 30 à 120 activités avec chevauchement. La première observation est que le chevauchement n’apporte aucune réduction dans près de 25% des cas. Une analyse statistique permet de distinguer l’influence de caractéristiques de projets sur l’efficacité du chevauchement et de montrer que la proportion de couples d’activités chevauchables qui sont sur le chemin critique et la sévérité des contraintes de ressources ont le plus d’influence sur la réduction de la durée de projet. Également, les résultats indiquent que certains principes généraux se dégagent pour les décisions de chevauchement. La meilleure stratégie devrait consister à chevaucher peu de couples d’activités chevauchables et de les chevaucher beaucoup. De plus, même si les activités sur le chemin critique sont plus susceptibles d’être chevauchées, les décisions de chevauchement dans un contexte de contraintes de ressource ne doivent pas uniquement être basées sur la criticalité des activités. Enfin, ces observations sont confrontées aux stratégies pratiques de chevauchement proposées dans la littérature. Ces travaux visent à contribuer au développement d’outils pour assister les gestionnaires de projet dans leurs décisions relatives au chevauchement d’activités. Les principales contributions scientifiques de ces travaux sont les suivantes. Premièrement, nous proposons une modélisation plus réaliste du problème d’ordonnancement de projet avec chevauchement d’activités. Deuxièmement, une nouvelle métaheuristique de type recherche dispersée (« scatter search ») performante pour le problème classique RCPSP est développée. Troisièmement, nous introduisons des méthodes de résolution exacte et approchée performantes pour le problème d’ordonnancement de projet avec chevauchement d’activités. La capacité des méthodes exactes à résoudre des problèmes d’ordonnancement pour des projets de grande taille avec contraintes de ressource étant limitée, cette thèse présente en effet à notre connaissance la première méthode approchée de type métaheuristique pour ce problème. Quatrièmement, ces travaux quantifient et analysent l’effet de huit caractéristiques de projet sur l’efficacité du chevauchement d’activités pour diminuer la durée d’un projet. Enfin, nous proposons des principes généraux pour aide les praticiens à prendre les meilleures décisions de chevauchement d’activités.----------ABSTRACT : Activity overlapping is one of the most employed strategies used to accelerate project execution. It consists in relaxing the sequential execution of dependent activities by allowing downstream activities to begin before receiving all the final information required from upstream activities. Several practical strategies, such as concurrent engineering and fast-tracking construction, are based on the concept of overlapping. Overlapping has been demonstrated to be powerful for reducing project makespan, but it has some drawbacks. Overlapping often causes additional reworks in downstream activities, as well as iterations of interdependent activities, that are difficult to quantify and represent additional workloads and costs. Such reworks may outweigh the benefices of overlapping in terms of cost and time. This raises the question of when and to which extent overlapping should be applied. In practice, project teams determine overlapping strategies on an ad hoc basis without always considering rework and interaction between activities. This thesis considers the project scheduling problem with activity overlapping in a deterministic context. This problem aims to jointly determine the best schedule in terms of cost and duration and the best overlapping decisions, namely which activities should be overlapped and to which extent. We focus on the complex projects characterized by constraints on resource availability, a complex network of activities, a large number of activities and a large number of couples of overlappable activities. The main objectives of this thesis are to model, quantify and analyze the impact of overlapping decisions on the project performances (cost and duration) in the case of complex industrial projects, by considering a realistic model of the overlapping process. This thesis also aims at providing a better understanding of these decisions in complex projects and at guiding planners in improving existing practices. The research undertaken in this thesis is divided into three papers published or submitted to international peer-reviewed scientific journals. The first paper titled « Time-cost trade-offs in resource-constrained project scheduling problems with overlapping modes » (published in 2014 in International Journal of Project Organisation and Management) proposes an overlapping process model based on overlapping modes related to activities’ internal milestones that is a realistic and flexible model of the relation between the amount of overlap and the amount of rework. This overlapping model is then enclosed in a model for the time-cost trade-offs in resource-constrained project scheduling problem with activity overlapping. The model is formulated as a linear integer programming model. The times and costs for communication/coordination and reworks are considered. The problem is solved with an exact method for an illustrative project instance. The results highlight the interactions between the project total cost, its makespan and the severity of the resource constraints and also show their influence on the computational time. The second paper titled « A Path Relinking-based Scatter Search for the Resource-Constrained Project Scheduling Problem » (submitted to European Journal of Operational Research) introduces a metaheuristic based on scatter search for solving the standard RCPSP (Resource-Constrained Project Scheduling Problem) without overlapping. This algorithm involves FBI (Forward-Backward Improvement), reversing the project network at each iteration and two new mechanisms. First, a bidirectional PR (path relinking method) with a new move is used as method for combining solutions. Second, a new improvement procedure is proposed in the reference set update method for enhancing the quality and the diversity of the reference set. An advanced parameter tuning method based on local search is employed. The paper shows that the proposed scatter search produces high-quality solutions in reasonable computational time and is among the best performing heuristic procedures in the literature for solving the instance of the PSPLIB benchmark.Finally, the main contributions of the third paper titled « Influence of the project characteristics on the efficiency of activity overlapping » (submitted to Computers & Operations Research) are to quantify and analyze the influence of eight project characteristics on the efficiency of activity overlapping for reducing project makespan. The reduction of the project makespan is obtained by solving the project scheduling problem with and without overlapping. Two methods have been developed for solving the problem with overlapping. First, we introduce a 0-1 integer linear programming model with overlapping modes and constraint propagation techniques as preprocessing. Second, we propose a metaheuristic based on the scatter search algorithm described in the second paper. These methods are applied on a set of 3888 project instances with overlapping composed of 30 to 120 activities. The first finding is that no reduction of the makespan is observed in about 25% of the projects of the benchmark. A statistical analysis is conducted to measure the effect of eight project parameters on the makespan gain. It reveals that the proportion of couples of overlappable activities on the critical path and the scarcity of the resource constraints have the highest influence on the makespan gain. In addition, general rules of thumb are derived from the analysis of the results. The best overlapping decisions should consist in overlapping only few couples of overlappable activities and to overlap them with a large degree of overlapping. Even though the activities on the critical path are more likely to be overlapped, overlapping decision should not rely solely on the criticality of the activities. The results are also compared to practical strategies for applying overlapping proposed in the literature. The main scientific contributions of these works with respect to the scientific literature and from the perspective of assisting project managers to choose the most appropriate overlapping decisions can be summarized as follows. First, we propose a more realistic model of the project scheduling problem with activity overlapping. Second, a new competitive metaheuristic based on scatter search has been developed. Third, we propose competitive exact and heuristic methods for solving the project scheduling problem with activity overlapping. Indeed, as the capacity of exact methods for solving project scheduling problem for large scale projects with resource constraints is limited, the metaheuristic developed in this thesis for this kind of problem is the first in the literature to our knowledge. Fourth, this thesis proposes to quantify and analyze the influence of eight project characteristics on the efficiency of activity overlapping for reducing project makespan. Finally, the findings of this work provide a better understanding of the overlapping decisions and should guide planners for the decisions on activity overlapping

The optimal choice of project contractors in terms of cost and time

Циљ израде дисертације је научни опис концептуалног оквира за планирање грађевинских пројеката у делу оптималног избора извођача за одговарајуће радове са становишта основних циљева времена и трошкова пројекта уз максимизацију подциљева за вредности радова фаворизованих извођачима. У првом поглављу дефинисани су: предмет и циљеви истраживања, као и методологија израде дисертације. Основни научни резултати истраживања дати су у четвртом поглављу и потврђени применом на конкретном пројекту станоградње у петом поглављу. Друго поглавље обухвата познате области управљања пројектом (УП) у теорији са указивањем на праксу: Пројекат и врсте пројеката (са истицањем избора из скупа потенцијалних извођача: једног извођача пројекта и више извођача за одговарајуће радове са условом да се један рад додели једном извођачу), Процеси УП (са истицањем методе PERT/COST), Праћење реализације и ажурирање плана пројекта, и Анализа изведеног пројекта са извођењем закључака за будуће пројекте. У трећем поглављу су изложене области једнокритеријумска оптимизација на примеру линеарног програмирања (ЛП) и два вида вишекритеријумске оптимизације: Вишекритеријумско ЛП (са истицањем методе -ограничења) и Вишеатрибутивна анализа (са истицањем методе Аналитичких хијерархијских процеса – АХП). Четврто поглавље садржи основне научне резултате истраживања: класификацију проблема избора више извођача на пројекту, утврђивање скупа потенцијалних извођача за одговарајуће радове или фазе пројекта и приоритета извођача, дефинисање циљева проблема избора (минимизација трајања и трошкова пројекта на вишем нивоу значајности са максимизацијом вредности радова – трошкова потенцијалних извођача на нижем нивоу у односу на критеријуме пројекта), дефиницију општих ВК МЦЛП математичких модела који су типа мешовито целобројног ЛП и укључују две врсте бинарних променљивих, развој алгоритама одређивања Парето-оптималних решења за усклађивање критеријума пројекта уз даљу оптимизацију критеријума фаворизованих извођача (n+ од укупно n потенцијалних извођача) и постављање правила избора најповољниг решења за примену. Сматра се да потенцијални извођачи нису подједнако значајни, већ им се додељују одговарајући приоритети у зависности од техничко-кадровских потенцијала, листе пројеката на којима су учествовали код других компанија (у било којој области грађевинарства и у станоградњи), учешћа на ранијим пројектима наше комапније и др. При томе, више извођача могу имати једнаке приоритете. Утврђено је да у пракси постоје: три класе проблема са становишта параметара (времена и трошкова) радова, односно фаза пројекта и потенцијалних извођача (1. јединствени параметри независно од извођача, 2. варијанте параметара које важе за све потенцијалне извођаче исте фазе када најмање једна фаза има више потенцијалних извођача, и 3. варијанте параметара за неке потенцијалне извођаче исте фазе када најмање једна фаза има најмање један пар потенцијалних извођача са различитим варијантама параметара), два типа проблема у свакој класи (а. познати извођачи свих фаза, и б. више потенцијалних извођача за неке фазе) и две врсте за сваки тип проблема: врста-1 сви потенцијални извођачи пројекта (n) са довољним техничким капацитетима, и врста-2 има n извођача са ограниченим капацитетима (nn). Утврђено је да проблем класе 1 имају дато трајење пројекта и (6) познате трошкове пројекта, те се за тип 1.а не врши избор, док се за тип 1.б врши максимизација вредности радова, односно трошкова Cj за n+ фаворизованих извођача Bj, jЈ+={1,...,n+} Ј={1,...,n}, избором тих извођача на фазама на којима они конкуришу са извођачима мањих приоритета. Проблеми класе 2 и 3 имају Парето- оптимална решења са коначним бројевима могућих вредности за трајање пројекта и одговарајуће трошкове (Тp(k), Cp (k), k=1,2,…,q), сагласно методи PERT/COST. За одабрано (Тp (k), Cp (k)) као основних критеријума вишег нивоа значајности у проблему, врши се максимизација трошкова извођача (Cj, jJ+) сагласно њиховим приоритетима (као критеријума нижих нивоа значајности у односу на критеријуме пројекта) применом методе ограничења. Прво се решавају проблеми врсте 1 сматрајући да сви потенцијални извођачи имају довољне капацитете. Произилази да је за проблем а.1 потребно бирати варијанту параметара фазе за познатог извођача (када постоје варијанте, иначе се усвајају јединствени параметри), док се за случајеве б.1 по аналогији бира извођач и варијанта параметара фазе. Математички модели проблема а.1 и б.1 заснивају се на одговарајућим бинарним променљивама прве врсте са вредностима 1 (врши се избор извођача и/или варијанте параметара фазе) или 0 (не врши се избор). Проблеми а.2 и б.2 настају проширивањем одговарајућих проблема а.1 и б.1 са ограничењима за техничке капацитете n потенцијалних извођача (jЈ Ј) посматрајући временске јединице (в.ј.) на пројекту. За њихове моделе уводе се бинарне променљиве друге врсте са вредностима 1 (ако бинарна прве врсте има вредност 1 и фаза се изводи у разматраној в.ј.) и 0 (у супротном, бинарна прве врсте има вредност 0 и фаза се обавља у разматраној в.ј. са другим извођачем или другом варијантом параметара, односно бинарна прве врсте има вредност 1 али се фаза не обавља у разматраној в.ј.). Решавање модела врсте 2 врши се применом софтвера за УП који подржава нивелисање ресурса. У плану пројекта са решењем модела врсте 1 потебно је уградити расположиве техничке капацитете потенцијалних извођача и минимизирати трајање пројекта усаглашавањем потребних капацитета за извођење радова и расположивих капацитета извођача. Настаје Парето-оптимално решење, ако се не промени усвојено трајање пројекта Тp (k) у моделу врсте 1. Ако се Тp (k) продужи на Тp (k)+, добијено решење модела врсте 2 није Парето-оптимално и потребно је поновити поступак. Одредити решење k1 модела врсте 1 које има дуже трајање пројекта Тp (k1) = Тp (k)+ Тp (k) и ниже трошкове Cp (k1) Cp (k), а затим применити софтвер за УП. Након налажења подскупа вредности {Тp (k1) Тp (k2) Тp (k3) …} са {Cp (k1) Cp (k2) Cp (k3) …} бира се прихватљиво решење за примену у зависности да ли се већи значај даје трајању или трошковима пројекта. При томе може да се користи вишекритеријумска анализа. У петом поглављу су примењени модел избора једног извођача и модели класа 1 до 3 (типови б. и врсте 1) избора више извођача на примеру пројекта станоградње. За модел 3.б.1 илустровано је постављање четири облика услова извођача са становишта рокова почетака ангажовања. Изведени су закључци да се дефинисани модели и њихови алгоритми могу успешно применити у пракси. Шесто поглавље садржи закључке са резултатима у дисертацији и предлоге будућих истраживања