面向复杂任务流程的资源调度

概述

资源调度是运筹学和生产领域中一个常见的问题，合理的调度计划能够节约资源、缩短工期、获得较大的收益。 在目前的研究中，需要考虑的资源调度问题中包含的作业类型通常较为单一，而现实生产中有时资源调度需要完成多个类型的作业，不同类型作业的完成优先权可能不同，例如航空母舰的首波次需要出动多个类型的舰载机，类型不同起飞的优先权不同，但是它们的保障资源是共用并且统一调度的。而且，现有研究中的作业任务流程也较为简单，任务之间的执行顺序关系主要以串行为主，例如车间调度问题中的工件加工，工件的各个工序都有严格的先后加工顺序，不能改变。但是随着加工工艺、科学技术的进步，以及专业分工逐渐精细化，在生产加工、服务保障、军事作战等领域一些作业任务之间的执行顺序关系出现了新的特点，一个作业可能需要经过多个任务的执行才能完成。而这些任务之间并不是简单的先后执行顺序关系，有些任务可以并行执行，比如电脑操作系统，可以同时进行若干操作任务的进程；航空母舰舰载机的保障作业中，加油任务和弹药挂载任务同时执行。有些任务可以调整执行顺序，比如航空母舰舰载机的保障作业中，加油任务和充电任务不能同时执行，但是任一个都可以先执行（称为“柔性”顺序）。目前已有的研究成果并不能直接用于解决具有这些新特点的任务流程资源调度，也缺少相关的研究。

研究内容

针对这种作业类型众多，不同类型作业完成时限要求不同，并且每类作业都包含多个任务，不同任务之间的执行顺序不同（有串行、并行、柔性等一种或多种顺序）的资源调度问题，目前的相关研究较少，所以要解决此类问题，首先要考虑如何用数学语言对该问题进行描述，建立符合资源调度目标和约束的数学模型，然后对模型进行合理和必需的分析，设计合适的模型求解算法求解模型，进而对资源实现合理调度，以达到充分利用资源和缩短工期的目的。

不考虑任何意外因素，建立的面向复杂任务流程的资源调度模型称为静态模型，但是由于资源调度不是在静态生产环境中实施的，实际生产中，可能会有各种不确定性情况发生，这些不确定性情况可能与生产设施相关，比如人员受伤、机器故障（在这里，我们将两种情况都归结为资源故障）等；也可能与生产过程相关，比如一个资源在执行同一个类型任务时，执行时间不停变化；还可能与外部因素相关，比如出现紧急任务、任务执行的生产环境发生变化、生产原料不足等。这些都会对资源调度产生影响，导致静态模型不再适用，所以更需要研究不确定生产环境下面向复杂任务流程的资源调度模型，以及相关的算法设计。

研究思路

资源调度的目标是根据需求而定，比如利用有限的资源使作业任务完成的用时最短或者完成既定的作业任务消耗资源最少等。

不少的资源调度不考虑生产环境的影响，通常称为静态生产环境下的资源调度。但在实际中，生产环境对资源调度的影响非常大，主要包括三类：生产过程、生产设施和外部因素，前两类又称内部因素。不确定的生产环境会对资源调度产生非常大的影响，而这也是更接近实际生产的，更为有价值的研究。

所以面向复杂任务流程的资源调度应该着重研究的是在考虑任务流程的特点前提下，将调度目标与各种生产环境相结合，如何对资源的进行合理调度。

参考资源

• 柔性工艺的作业车间调度问题
• 侦察卫星的调度问题
• 无人机的作战任务规划问题
• IPPS 问题