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Ressourcenbeschränkte Projektplanung

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Ein Projekt ist ein einmaliges Vorhaben, das einer definierten Zielsetzung gewidmet ist und in erheblichem Umfang finanzielle Mittel, Personal und Betriebmittel beansprucht. Die ressourcenbeschränkte Projektplanung beschäftigt sich mit quantitativen Methoden für die Ablaufplanung von Projekten und hierbei insbesondere mit dem Problem, knappe Ressourcen im Zeitablauf optimal der Ausführung von Projektaktivitäten zuzuordnen.

Die Komplexität der ressourcenbeschränkten Projektplanung ergibt sich aus expliziten und impliziten wechselseitigen Abhängigkeiten zwischen den Projektaktivitäten. Explizite Abhängigkeiten sind durch zeitliche Mindest- und Höchstabstände zwischen den Startzeitpunkten von Aktivitäten gegeben, die sich aus technologischen oder organisatorischen Erfordernissen ableiten. Die Knappheit der benötigten Ressourcen begründet implizite Abhängigkeiten, die entweder als Nebenbedingungen formuliert werden können oder in Form einer Zielfunktion berücksichtigt werden, bei der erhöhte Ressourceninanspruchnahmen bestraft werden (in letzterem Fall spricht man von einem Ressourcen-Nivellierungsproblem).

Die ressourcenbeschränkte Projektplanung läßt sich in die beiden interdependenten Teilprobleme der Reihenfolgeplanung und der Zeitplanung zerlegen. Die begrenzte Ressourcenverfügbarkeit erfordert die Einführung von Vorrangbeziehungen zwischen Aktivitäten. Dieses Reihenfolgeproblem bildet das Kernproblem der Projektplanung. Die Zeitplanung besteht aus der Bestimmung des Projektzeitplans, so daß alle zeitlichen Abstände und Vorrangbeziehungen beachtet werden und eine vorgegebene Zielfunktion optimiert wird.

In den vergangenen Jahren haben Projektplanungsmethoden aufgrund ihrer Anwendbarkeit auf Gebieten jenseits des eigentlichen Projektmanagements zunehmend an Bedeutung gewonnen, beispielsweise bei der Produktionsplanung und der Investitionsplanung. Zahlreiche Verallgemeinerungen der Grundmodelle der Projektplanung sind untersucht worden. Die Erweiterungen umfassen unterschiedliche Ressourcentypen, reihenfolgeabhängige Umrüstzeiten von Ressourcen, alternative Ausführungsmodi von Aktivitäten, Pausenkalender sowie verschiedene Klassen regulärer und nicht-regulärer Zielfunktionen.

Moderne Algorithmen zur Projektplanung umfassen insbesondere Verfahren des Typs (verkürztes) Branch-and-Bound, Prioritätsregelverfahren und verschiedene Arten lokaler Suchverfahren und evolutionärer Algorithmen. Hierbei kommen bei der Zeitplanung Netzwerk-Fluß-Algorithmen und effiziente Methoden zulässiger Richtungen zum Einsatz.

Benchmark-Instanzen: Projekt-Generator ProGen/max

Veröffentlichungen des Lehrstuhls im Forschungsgebiet

Bücher:

• Trautmann, N. (2005):
  Operative Planung der Chargenproduktion, Deutscher Universitäts-Verlag, Wiesbaden
• Neumann, K.; Schwindt, C.; Zimmermann, J. (2003):
  Project Scheduling with Time Windows and Scarce Resources, 2. Auflage. Springer Verlag, Berlin
• Hartung, T. (2002):
  Ressourcenbeschränkte Projektplanung mit planungsabhängigen Zeitfenstern und reihefolgeabhängigen Umrüstungen, Shaker, Aachen
• Schwindt, C. (2002):
  Introduction to Resource Allocation Problems in Project Management. Habilitationsschrift, Karlsruhe
• Selle, T. (2002):
  Untere Schranken für Projektplanungsprobleme, Shaker, Aachen
• Zimmermann, J. (2001):
  Ablauforientiertes Projektmanagement: Modelle, Verfahren und Anwendungen, Gabler, Wiesbaden
• Heilmann, R. (2000):
  Ressourcenbeschränkte Projektplanung im Mehr-Modus-Fall, Gabler, Wiesbaden
• Franck, B. (1999):
  Prioritätsregelverfahren für die ressourcenbeschränkte Projektplanung mit und ohne Kalender, Shaker, Aachen
• Nübel, H. (1999):
  Minimierung der Ressourcenkosten für Projekte mit planungsabhängigen Zeitfenstern, Gabler, Wiesbaden
• Schwindt, C. (1998):
  Verfahren zur Lösung des ressourcenbeschränkten Projektdauerminimierungsproblems mit planungsabhängigen Zeitfenstern, Shaker, Aachen

Referierte Fachzeitschriften (ab 1996):

• Mellentien, C.; Schwindt, C.; Trautmann, N. (2004):
  Scheduling the factory pick-up of new cars, OR Spectrum 26, 579-601
• Heilmann, R. (2003):
  A branch-and-bound procedure for the multi-mode resource-constrained project scheduling problem with minimum and maximum time lags. European Journal of Operational Research 144, 348-365
• Kolisch, R.; Meyer, K.; Mohr, R.; Schwindt, C.; Urmann, M. (2003):
  Ablaufplanung für die Leitstrukturoptimierung in der Pharmaforschung. Zeitschrift für Betriebswirtschaft 73, 825-848
• Neumann, K.; Schwindt, C.; Zimmermann, J. (2003):
  Order-Based Neighborhoods for Project Scheduling with Nonregular Objective Functions, European Journal of Operational Research 149, 325-343
• Selle, T.; Zimmermann, J. (2003):
  A bidirectional heuristic for maximizing the net present value of large-scale projects subject to limited resources, Naval Research Logistics 50 (2), 130-148
• Neumann, K.; Schwindt, C. (2002):
  Project scheduling with inventory constraints, Mathematical Methods of Operations Research 56, 513-533
• Neumann, K.; Schwindt, C.; Zimmermann, J. (2002):
  Recent Results on resource-constrained project scheduling with time windows: Models, solution methods and applications, Central European Journal of Operations Research 10, 113-148
• Neumann, K.; Zimmermann, J. (2002):
  Exact and truncated branch-and-bound procedures for resource-constrained project scheduling with discounted cash flows and general temporal constraints, Central European Journal of Operations Research 10, 357-380
• Schwindt, C.; Zimmermann, J. (2002):
  Parametrische Optimierung als Instrument zur Bewertung von Investitionsprojekten, Zeitschrift für Betriebswirtschaft 72, 593-617
• Franck, B.; Neumann, K.; Schwindt, C. (2001):
  Project Scheduling with Calendars, OR Spektrum 23, 325-334
• Franck, B.; Neumann, K.; Schwindt, C. (2001):
  Truncated Branch-and-Bound, Schedule-Construction, and Schedule-Improvement Procedures for Resource-Constrained Project Scheduling, OR Spektrum 23, 297-324
• Heilmann, R. (2001):
  Resource-Constrained Project Scheduling: A Heuristic for the Multi-Mode Case, OR-Spektrum 23, 335-358
• Mellentien, C.; Trautmann, N. (2001):
  Resource Allocation with Project Management Software, OR Spektrum 23, 383-394
• Nübel, H. (2001):
  The Resource Renting Problem Subject to Temporal Constraints, OR-Spektrum 23, 359-382
• Schwindt, C.; Zimmermann, J. (2001):
  A Steepest Ascent Approach to Maximizing the Net Present Value of Projects, Mathematical Methods of Operations Research 53, 435-450
• Neumann, K.; Nübel, H.; Schwindt, C. (2000):
  Active and Stable Project Scheduling, Mathematical Methods of Operations Research 52, 441-465
• Neumann, K.; Zimmermann, J. (2000):
  Procedures for Resource Levelling and Net Present Value Problems in Project Scheduling with General Temporal and Resource Constraints, European Journal of Operational Research 127, 425-443
• Schwindt, C.; Trautmann, N. (2000):
  Batch Scheduling in Process Industries: An Application of Resource-Constrained Project Scheduling, OR Spektrum 22, 501-524
• Brucker, P.; Drexl, A.; Möhring, R.; Neumann, K.; Pesch, E. (1999):
  Resource-Constrained Project Scheduling: Notation, Classification, Models and Methods, European Journal of Operational Research 112, 3-41
• Neumann, K.; Zimmermann, J. (1999):
  Resource Levelling for Projects with Schedule-Dependent Time Windows, European Journal of Operational Research 117, 591-605.
• Neumann, K.; Schwindt, C. (1998):
  A Capacitated Hierarchical Approach to Make-to-Order Production, European Journal of Automation 32, 397-413
• Franck, B.; Neumann, K.; Schwindt, C. (1997):
  A Capacity-Oriented Hierarchical Approach to Single-Item and Small-Batch Production Planning Using Project-Scheduling Methods, OR Spektrum 19, 77-85
• Neumann, K.; Schwindt, C. (1997):
  Activity-on-Node Networks with Minimal and Maximal Time Lags and their Application to Make-to-Order Production, OR Spektrum 19, 205-217
• Brinkmann, K.; Neumann, K. (1996):
  Heuristic Procedures for Resource-Constrained Project Scheduling with Minimal and Maximal Time Lags: The Resource-Levelling and Minimum Project-Duration problems, Journal of Decision Systems 5, 129-156

Beiträge in Tagungs- und Sammelbänden (ab 1996):

• Neumann, K.; Schwindt, C.; Zimmermann, J. (2006):
  Project Scheduling with Time Windows - Recent Developments and New Applications. In: Jozefowska, J.; Weglarz, J. (Eds.): Perspectives in Modern Project Scheduling, Springer, New York, 375-407
• Neumann, K.; Zimmermann, J. (2006):
  Optimal Renting of Resources in Production and Project Scheduling. In: Jacquemin, M.; Pibernik, R.; Sucky, E. (Eds.): Quantitative Methoden der Logistik und des Supply Chain Management, Dr. Kovac, Hamburg, 155-164
• Trautmann, N.; Schwindt, C. (2005):
  A MINLP/RCPSP decomposition approach for the short-term planning of batch production. In: Puigjaner, L.; Espuña, A. (Eds.): European Symposium on Computer Aided Process Engineering - 15. Elsevier, 1309-1314
• Gentner, K.; Neumann, K.; Schwindt, C.; Trautmann, N. (2004):
  Batch Production Scheduling in the Process Industries. In: Leung, J.Y.T. (Ed.): Handbook of Scheduling: Algorithms, Models, and Performance Analysis, CRC Press, Boca Raton, 48/1-48/21
• Mellentien, C. (2004):
  Scheduling the Factory Pick-Up of New Cars. In: The 9th International Work­shop on Project Management and Scheduling. Nancy / France, April 26-28, 88-91
• Schwindt, C.; Trautmann, N. (2004):
  A Priority-Rule Based Method for Batch Production Scheduling in the Process Industries. In: Ahr, D.; Fahrion, R.; Oswald, M.; Reinelt, G. (Eds.) Operations Research Proceedings 2003, Springer, Berlin, 111-118
• Trautmann, N. (2004):
  A Two-Stage Approach for Batch Production Scheduling in the Process Industries. In: The 9th International Work­shop on Project Management and Scheduling. Nancy / France, April 26-28, 291-294
• Neumann, K. (2003):
  Project Scheduling with Changeover Times - Modelling and Applications. In: Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering and Production Management, Vol. 1, Porto / Portugal, May 26-28, 30-36
• Schwindt, C. (2003):
  Project Scheduling with Changeover Times: A Branch-and-Bound Approach. In: Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering and Production Management, Vol. 1, Porto / Portugal, May 26-28, 44-52
• Trautmann, N. (2003):
  Project Scheduling with Changeover Times - Schedule Feasibility and Network Flows. In: Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering and Production Management, Vol. 1, Porto / Portugal, May 26-28, 37-43
• Neumann, K. (2002):
  Scheduling of Batch Production in Process Industries. In: The 8th International Workshop on Project Management and Scheduling PMS 2002, Valencia / Spain, April 2-5, 278-281
• Neumann, K.; Schwindt, C.; Trautmann, N. (2001):
  Short-Term Planning of Batch Plants in Process Industries. In: Kischka, P.; Leopold-Wildburger, U.; Möhring, R.H.; Radermacher, F.-J. (Eds.): Models, Methods and Decision Support in Management, Physica, Heidelberg, 211-226
• Trautmann, N. (2001):
  Calendars in Project Scheduling. In: Fleischmann, B.; Lasch, R.; Derigs, U.; Domschke, W.; Rieder, U., Eds., Operations Research Proceedings 2000, Springer, Berlin, 388-392
• Neumann, K. (2000):
  Project Planning under Limited Resources. In: Persad, P., Ed., Proceedings of the 16th International Conference on CAD/CAM, Robotics and Factories of the Future, 1, Trinidad and Tobago, 8-15
• Schwindt, C. (2000):
  Local Search for Project Scheduling with Convex Objective Functions. In: The 7th International Workshop on Project Management and Scheduling, University of Osnabrueck, 239-241
• Schwindt, C. (2000):
  Minimizing Earliness-Tardiness Costs of Resource-Constrained Projects. In: Inderfurth, K.; Schwödiauer, G.; Domschke, W.; Juhnke, F.; Kleinschmidt, P.; Wäscher, G., Eds., Operations Research Proceedings 1999, Springer, Berlin, 402-407
• Trautmann, N. (2000):
  Batch Scheduling in Process Industries - an Application of Resource-Constrained Project Scheduling. In: The 7th International Workshop on Project Management and Scheduling, University of Osnabrueck, 275-277
• Trautmann, N. (2000):
  Process Flow Scheduling als ressourcenbeschränktes Projektplanungsproblem. In: Inderfurth, K.; Schwödiauer, G.; Domschke, W.; Juhnke, F.; Kleinschmidt, P.; Wäscher, G., Eds., Operations Research Proceedings 1999, Springer, Berlin, 491-496
• Kolisch, R.; Schwindt, C.; Sprecher, A. (1999):
  Benchmark Instances for Project Scheduling Problems. In: Weglarz, J., Ed., Project Scheduling: Recent Models, Algorithms and Applications, Kluwer, Boston, 197-212
• Neumann, K. (1999):
  A Heuristic Procedure for Constructing an Activity-on-Arc Project Network. In: Gaul, W.; Schader, M., Eds., Mathematische Methoden d.Wirtschaftswissenschaften, Physica, Heidelberg, 328-336
• Neumann, K. (1999):
  Project Scheduling with Limited Cumulative Resources: Modelling and Basic Concepts and Results. In: Proceedings to the International Conference on Industrial Engineering and Production Management, Glasgow
• Neumann, K.; Zimmermann, J. (1999):
  Methods for Resource-Constrained Project Scheduling with Regular and Nonregular Objective Functions and Schedule-Dependent Time Windows. In: Weglarz, J., Ed., Project Scheduling: Recent Models, Algorithms and Applications, Kluwer, Boston, 261-287
• Schwindt, C. (1999):
  A Branch-and-Bound Algorithm for the Project Duration Problem Subject to Temporal and Cumulative Resource Constraints. In: Proceedings to the International Conference on Industrial Engineering and Production Management, Glasgow
• Neumann, K.; Zimmermann, J. (1998):
  Resource-Constrained Project Scheduling with Nonregular Objective Functions: Schedule Construction and Schedule Improvement Procedures. In: Barbarosoglu, G.; Karabati, S.; Özdamar, L.; Ulusoy, G., Eds., Proceedings of the Sixth International Workshop on Project Management and Scheduling, Bogazici University, 141-144
• Neumann, K.; Zimmermann, J. (1998):
  Resource-Constrained Project Scheduling with Nonregular Objective Functions: Structural Questions and Foundations of Heuristic Procedures. In: Barbarosoglu, G.; Karabati, S.; Özdamar, L.; Ulusoy, G., Eds., Proceedings of the Sixth International Workshop on Project Management and Scheduling, Bogazici University, Istanbul, 106-110
• Franck, B. (1996):
  Empirische Untersuchung von Prioritätsregeln für die ressourcenbeschränkte Projektplanung mit zeitlichen Minimal- und Maximalabständen. In: Operations Research Proceedings 1995, Springer, Berlin, 144-149
• Franck, B.; Neumann, K. (1996):
  Priority-Rule Methods for the Resource-Constrained Project Scheduling Problem with Minimal and Maximal Time Lags - an Empirical Analysis. In: Institute of Computing Science, Ed., The Fifth International Workshop on Project Management and Scheduling (PMS 96), Poznan University of Technology, 88-91
• Neumann, K.; Schwindt, C. (1996):
  A New Branch-and-Bound-Based Heuristic For Resource-Constrained Project Scheduling with Minimal and Maximal Time Lags. In: Institute of Computing Science, Ed., Abstracts of the Fifth International Workshop on Project Management and Scheduling (PMS 96), Poznan University of Technology, Scientific Publishers, Poznan, 212-215
• Neumann, K.; Schwindt, C. (1996):
  Make-to-Order Production Planning via Resource-Constrained Project Scheduling. In: Workshop on Production Planning and Control, FUCaM, Mons, 1-3
• Schwindt, C.; Neumann, K. (1996):
  An Efficient Heuristic for Solving Resource-Constrained Project Scheduling Problems Arising from Make-to-Order Production. In: Workshop on Production Planning and Control, FUCaM, Mons, 4-7

Sonstige Veröffentlichungen (ab 1996):

• Mellentien, C.; Trautmann, N.; Wiegand, D. (2002):
  Methoden gegen das Chaos: Projektmanagement-Software im Vergleich, c't Magazin für Computertechnik, 194-201