Szeregowanie zadań w budownictwie przy zastosowaniu programu

Szeregowanie zadań w budownictwie przy zastosowaniu programu

KRZEMIŃSKI Michał1
Szeregowanie zadań w budownictwie przy zastosowaniu programu
KASS v.2.1
WSTĘP
Harmonogramowanie robót budowlanych stanowi jeden z najistotniejszych elementów procesu
przygotowania realizacji inwestycji. Jest to bardzo rozbudowane zagadnienie. Do
harmonogramowania robót można podejść na wiele sposobów. Możliwe jest wyróżnienie bardzo
wielu kryteriów służących ocenie opracowanego uszeregowania robót. Jednym z podejść jest
podejście do produkcji budowlanej jako do produkcji przemysłowej i zastosowanie modelu
przepływowego[1]. Taki model możliwy jest do zastosowania w przypadku kiedy omawiany obiekt
można podzielić na działki robocze. W takim przypadku mamy do czynienie z modelem
przepływowym.
Prezentowany artykuł opisuje działanie programu KASS v.2.1, jest to już trzecia wersja programu
KASS(Krzeminski Algorithm Scheduling System). Wersja pierwsza zawierała tylko dwa kryteria
szeregowania zadań, były to czas i ciągłość pracy brygad[5]. W wersji drugiej dodano dwa nowe
kryteria: koszty przejścia brygad pomiędzy działkami oraz ciągłość pracy jednej wybranej brygady
[4]. Dla wersji trzeciej zaplanowano wprowadzenie takich kryteriów jak nieprzekraczalność terminów
wykonania prac na kolejnych działkach oraz ciągłość pracy dla wybranych brygad z dwoma opcjami
hierarchizacji przy założeniu, że wszystkie brygady są równorzędne oraz możliwe jest zastosowanie
systemu wagowego. Kolejne wersje programu zostaną również wzbogacone o takie elementy jak na
przykład możliwość operowania na liczbach rozmytych [2] czy też przeprowadzanie obliczeń przy
zastosowaniu algorytmów metaheurystycznych.
Obecnie prezentowana jest wersja 2.1. Nie nastąpiły żadne zmiany względem poprzedniej jeżeli
chodzi o kryteria oceny. Zmieniono natomiast znacząco moduł obliczeniowy, poprawiono także
eksport wyników.
1
OPIS PROGRAMU KOMPUTEROWEGO KASS V.2.1
Dla prawidłowej pracy w oprogramowaniu typu KASS bardzo ważnym elementem jest określenie
wysokiej jakości poprawnych danych wejściowych [9]. Mając te dane możemy przystąpić do pracy.
Na poniższym rysunku nr 1 pokazano okno startowe programu KASS v.2.1. Program nie wymaga
instalacji i tak samo jak jego poprzednie wersje został napisany w języku Java. Jest on również tak
samo jak poprzednie wersje darmowy i można go pobrać ze strony: www.ipb.edu.pl. Program posiada
interfejs dwujęzyczny polski i angielski. Wersję językową można zmieniać w każdym momencie
używając przycisków znajdujących się w lewym dolnym rogu okna, na przyciskach można odnaleźć
symbole flag Polski i Wielkiej Brytanii. Chcąc przejść do następnego okna należy użyć przycisku
„Dalej”. W przypadku rezygnacji z praccy w programie można użec przycisku „anuluj”. Możliwe jest
że dla uruchomienia programu potrzebne będzie doinstalowanie środowiska pracy dla programu
pisanych w języku Java. Jeżeli zaistnieje taka konieczność program automatycznie uruchomi
domyślną przeglądarkę internetową i pokieruje przez instalację dodatkowego oprogramowania, które
również jest darmowe i bezpieczne.
Kolejnym elementem jest okno wyboru kryteriów optymalizacyjnych, pokazano je na rysunku nr 2.
Ważnym elementem jest żółty pasek informacyjny który pojawia się jeżeli ustawi kursor na opisie
dotyczącym wyboru ilości działek roboczych.
1
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Inżynierii Budowlanej, Zespół Inżynierii Produkcji i Zarządzania w Budownictwie,
Al. Armii Ludowej 16, 00-637 Warszawa, email: [email protected], tel.: +48 22 234 65 15
6194
Rys. 1. Okno startowe programu KASS v.2.1 [opracowanie własne]
Rys. 2. Okno wprowadzania danych oraz doboru kryteriów, KASS v.2.1 [opracowanie własne]
Z powyższego rysunku nr 2 można odczytać następujące informacje: wybrano 7 działek roboczych,
pierwszym kryterium optymalizacyjnym będzie czas, drugim ciągłość pracy wszystkich brygad,
trzecim ciągłość pracy wybranej brygady, w tym przypadku trzeciej, ostatnim kryterium są koszty
przejścia pomiędzy działkami. W związku z ustawieniem kursora na tekście opisującym pole wyboru
ilości działek pojawił się dodatkowy tekst, przysłonił on informację o tym ile wybrano brygad, było to
3, natomiast przekazuje inną niezwykle istotną informację, mianowicie informację dotyczącą zasad
obliczeń jakie wykonuje program. W przypadku kiedy założymy pracę na działkach o liczbie nie
przekraczającej 14 program wykona przegląd zupełny wszystkich opcji. Jeżeli natomiast
wprowadzimy większą ilość działek roboczych zostanie przeprowadzona symulacja o liczbie
eksperymentów równej 14 silnia. Kolejnym oknem jakie pojawi się jest okno wprowadzania czasów
trwania czynności wykonywanych na kolejnych działkach roboczych, zostało ono pokazane na
rysunku nr 3. Po wprowadzeniu czasów trwania czynności przechodzimy do okna prowadzania
kosztów przejścia brygad pomiędzy działkami, Macierz wprowadzania kosztów przejścia pokazana
została na rysunku nr 4 znajdującym się poniżej.
6195
Rys. 3. Okno wprowadzania czasów trwania czynności, KASS v.2.1 [opracowanie własne]
Rys. 4. Okno wprowadzania kosztów przejścia, KASS v.2.1 [opracowanie własne]
Przedstawione na powyższych rysunkach dane mogą być wprowadzane ręcznie jak również
wczytywane z plików „csv”. Pliki takie można generować przy użyciu programu Excel. Naciśnięcie
przycisku „Dalej” uruchomi następnie obliczenia optymalizacyjne. Wyniki obliczeń przedstawiono na
rysunku nr 5. Po lewej stronie okna w białym polu można odczytać uzyskane uszeregowanie. Po
prawej stronie okna program podaje informacje na temat całkowitego czasu robót, całkowitego czasu
przestoi, czasu w przerwach pracy dla wybranej brygady oraz kosztów przejścia jakie zostaną
wygenerowane przy takim uszeregowaniu zadań.
6196
Rys. 5. Okno wyników programu KASS v.2.1 [opracowanie własne]
Możliwe jest również wyeksportowanie wyników do pliku „csv”. Plik twn może być obsługiwany
przez arkusz kalkulacyjny taki jak np. Excel. Na poniższym rysunku nr 6 pokazano wyniki działania
programu otworzone w programie Excel.
Rys. 6. Wyniki działania programu KASS v.2.1 otworzone w Excelu [opracowanie własne]
Możliwość eksportowania wyników działania programu do arkusza kalkulacyjnego ma bardzo
duże znaczenie ponieważ daje możliwość dalszej pracy nad danym, można na przykład w prosty
sposób wygenerować harmonogram robót, można również dane poddać dalszej obróbce w nakładce
typu CrystalBall lub @Risk.
2
MODYFIKACJA ALGORYTMU OBLICZENIOWEGO PROGRAMU KASS
W wersji 2.0 programu obliczenia wykonywane były na zasadzie przeglądu zupełnego gdy ilość
działek nie przekraczała 14 lub na zasadzie symulacji o liczbie eksperymentów 14 silnia gdy mieliśmy
do czynienie z większą ilością działek. Prezentowana wersja 2.1 zyskała dodatkową możliwość
powiększenie ilości działek dla których możliwy byłby przegląd zupełny.
W budownictwie rozróżniamy trzy rodzaje procesów: jednego typu, jednorodne i niejednorodnie.
W przypadku pierwszym nie ma problemu z szeregowaniem zadań ponieważ wszystkie czynności na
wszystkich działkach posiadają taki sam czas trwania. W drugim wymienionym czas czynności
wzrasta wraz ze wzrostem wielkości działki roboczej. Ostatni omawiany typ to taki w którym nie ma
związku pomiędzy zmianą czasu trwania czynności a zmianą wielkości działki lub co najmniej nie jest
6197
on liniowy.[3] Często jednak przy dużych zadaniach z dużą ilością działek roboczych możliwy jest
przypadek w którym wystąpią wszystkie trzy wymienione wyżej grupy procesów.
W prowadzono zatem modyfikację polegające na tym że, po przekroczeniu granicznej ilości
działek wynoszącej 14, program sprawdza czy nie występują działki charakteryzujące się
występowaniem na nich procesów sklasyfikowanych jako procesy jednego typu bądź jednorodne.
Takie działki są następnie wybierane i szeregowane zgodnie z regułą LPT. Model ten został oparty o
zasadę najdłuższego czasu przetwarzania. Algorytm służący do wyznaczania kolejności zadań przy
której całkowity czas trwania procesu będzie najkrótszy. Zasadą algorytmu, jest umiejscawianie na
początku działek na których czas wykonywania czynności jest najdłuższy. Dotyczy to sumarycznego
czasu wykonania prac na działce przez wszystkie kolejne maszyny. Jeżeli występuje kilka działek dla
których sumaryczny czas wykonywania wszystkich czynności jest sobie równy algorytm umiejscawia
na pierwszym miejscu działki posiadające krótsze czasy w czynnościach początkowych. Na rysunku
nr 7. przedstawiono zrzut z ekranu z przy narzędzia LEKIN przedstawiający optymalne
uszeregowanie zadań z zastosowaniem reguły LPT. [7], [8]
Rys. 7. Uszeregowanie zadań z zastosowaniem reguły LPT [opracowanie własne]
Pokazane na powyższym rysunku uszeregowanie charakteryzuje się pełną ciągłością pracy brygad
oraz najkrótszym możliwym czasem wykonania wszystkich czynności.
Zostaje więc utworzona działka zbiorcza. Jeżeli utworzenie działki zbiorczej spowoduje
zmniejszenie łącznej ilości działek do 14 pozwoli to na wykorzystanie możliwości wykonania
przeglądu zupełnego. Taki prosty zabieg może w sposób znaczący zwiększyć możliwości stosowania
programu. Usprawnienie obliczeń nie jest brane pod uwagę w przypadku wyboru przez użytkownika
kryterium kosztów przejścia, z góry ustalona kolejność mogłaby powodować ich znaczący wzrost.
WNIOSKI
Zaprezentowana w artykule kolejna już trzecia odsłona programu KASS pokazała nie tylko
ciągłość w pracy autora nad powstawaniem oprogramowaniem do harmonogramowania robót
budowlanych. Zaprezentowano również kolejną ważną modyfikację wprowadzoną do algorytmu
obliczeniowego programu. Modyfikacja polegająca na zastosowaniu powszechnie znanej reguły LPT
pozwoliła na znaczne powiększenie możliwości obliczeniowych programu.
Zaprezentowana wersja 2.1 programu posiada dodatkowo kolejną bardzo istotną funkcję, a
mianowicie istnieje możliwość zapisania wyników pracy w programie w pliku o formacie „csv”. Taki
zabieg pozwoli na dalszą obróbkę danych w innych dobrze znanych arkuszach kalkulacyjnych. Jest to
bardzo istotny element ponieważ program jeszcze nie posiada wbudowanego modułu do
probabilistycznego.
Należy zauważyć że program choć początkowo pisany dla harmonogramowania robót
budowlanych może również znaleźć swoje zastosowanie w harmonogramowaniu wszelkiego rodzaju
prac realizowanych metodą potokową.
Streszczenie
W prezentowanym artykule autor poruszył kwestię związaną zagadnieniem szeregowania zadań w
środowisku budowlanym. Głównym celem artykułu było zaprezentowanie nowej wersji programu do
szeregowania zadań KASS. Jest to trzecia wersja tego oprogramowania. Tym razem nie wprowadzono zmian w
wyglądzie programu, wprowadzono je natomiast w module obliczeniowym. W artykule zaprezentowano pełny
6198
tok postępowania jaki towarzyszy pracy w programie. Wprowadzona zmiana polega na zastosowaniu reguły
LPT w uzasadnionych przypadkach. W artykule przedstawiono opis reguły. Opisano także w jakich warunkach
jej zastosowanie może okazać się korzystne dla prowadzenia obliczeń optymalizacyjnych. Zagadnienie
szeregowania zadań występuję nie tylko w budownictwie, można się z nim spotkać także w wielu innych
dziedzinach. Zdaniem autora program może znaleźć swoje zastosowanie także w innych dziedzinach, wszędzie
tam gdzie wykorzystywane są potokowe metody produkcji.
Scheduling in construction using the KASS v. 2.1
Abstract
In this article the author raised the issue related to the scheduling in the construction environment. The
main purpose of the article was to present a new version of KASS - scheduling program. This is the third
version of this software. This time, there were no changes in the appearance of the program, but they were
introduced in the calculation module. The article shows the full proceedings which shall be accompanied by a
work at the program. Change involves applying rules for the LPT in justified cases. The article gives a
description of the rule. Also describes under what conditions its application may prove beneficial for the
optimization calculations. The scheduling issue occurs not only in the construction industry, you can meet him
in many other areas. According to the author, the program may find its application in other areas where used
flowshop models.
BIBLIOGRAFIA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Hejducki Z., Bożejko W., Podolski M., Uchroński M., Harmonogramowanie przedsięwzięć
budowlanych za pomocą problemu przepływowego ze specyficznymi czasami transportu, Zeszyty
Naukowe Politechniki Śląskiej, Automatyka, z.199, 2008.
Ibadov N., Kulejewski J., Krzemiński M., Fuzzy Ordering of the Factors Affecting the
Implementation of Construction Projects in Poland. AIP Proceedings V.1558, 2013
Jaworski K. M., Metodologia projektowania realizacji budowy. Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa 2009,
Krzemiński M., Komputerowe szeregowanie zadań w budownictwie. Logistyka 2014, nr 6.
Krzemiński M., Program do szeregowania zadań w budownictwie Kass v.1.0. Autobusy 2013,
nr 3.
Krzemiński M., Use of the KASS program in scheduling. Technical Transaction, Issue 2-B(6),
Year 2014, Politechnika Krakowska, Kraków 2014.
Pinedo M. L., Scheduling: Theory, Algorithms, and Systems. Springer 2012,
Pinedo M. L., Planning and Scheduling in Manufacturing and Services. Springer 2009,
Plebankiewicz E., Kozik R., Wpływ jakości dokumentacji przetargowej na przygotowanie ofert.
Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Budownictwo i Inżynieria Środowiska z 59, 2012
6199