KRZEMIŃSKI Michał 1 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: m.krzeminski@il.pw.edu.pl, 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. 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. 2. Ibadov N., Kulejewski J., Krzemiński M., Fuzzy Ordering of the Factors Affecting the Implementation of Construction Projects in Poland. AIP Proceedings V.1558, 2013 3. Jaworski K. M., Metodologia projektowania realizacji budowy. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009, 4. Krzemiński M., Komputerowe szeregowanie zadań w budownictwie. Logistyka 2014, nr 6. 5. Krzemiński M., Program do szeregowania zadań w budownictwie Kass v.1.0. Autobusy 2013, nr 3. 6. Krzemiński M., Use of the KASS program in scheduling. Technical Transaction, Issue 2-B(6), Year 2014, Politechnika Krakowska, Kraków 2014. 7. Pinedo M. L., Scheduling: Theory, Algorithms, and Systems. Springer 2012, 8. Pinedo M. L., Planning and Scheduling in Manufacturing and Services. Springer 2009, 9. Plebankiewicz E., Kozik R., Wpływ jakości dokumentacji przetargowej na przygotowanie ofert. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Budownictwo i Inżynieria Środowiska z 59, 2012 6199