برنامه ریزی پروژه عبارت است از تعیین یک توالی زمانی در قالب برنامه ریزی زمانبندی جهت انجام فعالیت های وابسته به یکدیگر که تشکیل دهنده ی شبکه ای به نام پروژه هستند.
برنامه ریزی و زمانبندی جزو مشترکات بسیاری از شاخه های مهندسی می باشند. خواه پروژه عظیم مانند احداث اسکله و پلهای طویل باشد یا چیزی که در ظاهر بسیار ساده به نظر می رسد، برنامه ریزی و زمانبندی هر دو بسیار اهمیت دارند. حتی برای یک پروژه کوچک چگونگی انجام فعالیت ها و تعداد حالاتی که می توان به آنها منابع تخصیص داد بیش از حد تصور زیاد است. در یک کارخانه تعیین اینکه کدام فعالیت توسط ماشین و با چه منابع انسانی انجام می پذیرد، می تواند فرق بین سود دهی و یا زیان دهی باشد. در شرکت های توسعه نرم افزاری تخصیص مسئولیت ها به وظائف و مدیریت موثر بر مجموع عوامل تیم توسعه، تفاوت بین به ارسال به موقع نرم افزار به بازار و تصاحب سهم عمده ی بازار و یا از دست دادن آن بازه زمانی است.
امروزه لزوم برنامه ریزی مناسب به منظور بر آورد صحیح از زمان و هزینه ی انجام پروژه و میزان منابع مورد نیاز در یک پروژه که تاثیر مستقیم بر اجرا، اداره و بهره برداری مناسب از پروژه هائی همانند احداث سد، ساختن بزرگراه و غیره دارند، بر کسی پوشیده نیست. این مسئله بخصوص در کشور های پیشرفته اهمیت بسیاری دارد. به طور کلی مدیریت و برنامه ریزی فعالیت ها و منابع مورد نیاز در یک پروژه، نیازمند تحلیل های متنوعی است که یکی از آنها، مدلسازی و تخمین صحیح هزینه و زمان پروژه و میزان زمان لازم برای استفاده از منابع است. این مسئله کمک شایانی به مدیریت بهینه پروژه و تصمیم گیری در شرایط بحرانی خواهد نمود.
مسئله ی برنامه ریزی پس از آن کنترل زمانبندی پروژه ها، هر روز اهمیتی پیش از گذشته می یابد. برنامه ریزی و کنترل پروژه، در ابتدای امر، مراحل مختلفی از جمله تحلیل پروژه، برآورد مدت، هزینه و منابع اجرائی و در نهایت زمانبندی پروژه صورت می گیرد. در تمامی این موارد، بخصوص در زمان ارزیابی اولیه پروژه فرض می شود که تمامی فعالیت ها در زمان واقعی خود محاسبه شده و اجرا می شوند. گاهی اوقات به دلایل مخالف، مدیر پروژه تصمیم می گیرد زمان پروژه را کاهش دهد که این امر تاثیرات مستقیم بر هزینه تمام شده خواهد گذاشت.
کاهش زمان با استفاده از تدابیر خاصی از جمله به کارگیری منابع اجرائی محقق می شود که باعث افزایش هزینه های پروژه نیز می گردد. در مواردی با توجه به روابط فعالیت ها، شرایط تاخیری برای پروژه پیش بینی می شود که و همراه با افزایش هزینه و تعاملی داخلی با خسارت های دیرکرد قرار می گیرد و در نتیجه می تواند منجر به کاهش یا افزایش هزینه های کلی شود که این نکته باید توسط مدیر پروژه بررسی شود.
مجریان پروژه علاوه بر محدودیت های مالی و زمانی، با محدودیت منابع فیزیکی نیز درگیر هستند. منظور از منابع فیزیکی عمدتا منابع انسانی و ماشین آلات است. نیازهای منبع یک شرکت مجری پروژه های ساخت با زمان تغییر می کند. بدین معنی که در یک بازه زمانی ممکن است نیاز زیادی به منبع باشد و در بازه ی زمانی بعدی این نیاز کاهش یابد. لذا معمولا شرکت ها از هرکدام از منابع، تعداد محدود و مشخصی را برای خود تهیه می کنند و اجرای پروژه ها را بر اساس این مقدار محدود برنامه ریزی می کنند.
از دیگر عوامل که نیازمند توجه برنامه ریزان پروژه ها به طور کلی و پروژه های ساخت به طور خاص است، مسئله نوسانات در مصرف منابع است. در سالهای اخیر مسئله تسطیح منابع با هدف کم کردن مقدار نوسان در مصرف دوره ای منابع می توان به شرکت های چند پروژه ای

 اشاره کرد. هر چه نوسانات دوره ای تقاضای منابع برای هریک از پروژه ها بیشتر باشد، نیاز به نقل و انتقال بیشتر منابع به وجود می آید که خود در برگیرنده ی هزینه است.

2-1 بیان مسأله
زمانبندی فعالیت ها و تخصیص منابع یکی از چالش هایی است که مدیران روزانه با آن در گیرند. مدیران همیشه به دنبال ابزارهای تسهیل کننده این امر بوده اند و با به کار بردن ابزارهای ابتکاری سعی در بوجود آوردن کارا ترین برنامه ریزی داشته اند.
قالب برنامه ریزی زمانبندی جهت انجام فعالیت های وابسته به یکدیگر می باشند که تشکیل دهنده ی شبکه ای به نام پروژه هستند. وابستگی فعالیت ها در حقیقت ترتیبی است که در تقدم و تاخرشان بواسطه محدودیت های فنی در اجرای پروژه بایستی رعایت شوند. محدودیت های پیش نیازی جزء لاینفک پروژه هستند ولی برای تطابق هرچه بیشتر با دنیای پروژه ها لازم است محدودیت های منابع نیز در تهیه ی برنامه ریزی زمانبندی توجه بسیاری از محققین را به خود جذب نماید و تحقیقات گسترده ای در این زمینه انجام گیرد.
نظر به زمانبندی پروژه، یک جواب می بایست محدودیت هایی چون منابع در دسترس و اولویت فعالیت ها را در راستای بهینه سازی تابع هدف رعایت نماید. در ادبیات تحقیق از این مسئله تحت عنوان مسئله کلاسیک زمانبندی پروژه یاد می شود این مسئله از دیر باز بعنوان مسئله NP-Hard شناخته شده است. (سعادت قره باغ, 1388)
تسطیح و تخصیص منابع از وظایف اصلی مدیر پروژه می باشد. منابع مانند مواد اولیه، نیروی انسانی، تجهیزات، اطلاعات، و زمان به تمام عناصر مورد نیاز برای تكمیل اجرای یك پروژه اطلاق می شود. هدف از تسطیح منابع این است كه تا حد امكان مصرف منابع در دوره های مختلف به هم نزدیك شود تا نوسانات در بكارگیری منابع حداقل شود (Khattab & Syland, 1996).
همچنین تسطیح منابع را می توان تلاشی به منظور نائل شدن به توزیع بهتری از بكارگیری مؤثر منابع بیان نمود (Badiru, 1996).
هدف از به كارگیری تسطیح منابع، تلاش در جهت كمینه نمودن اختلاف بین سطوح بیشترین و كمترین نرخ بكارگیری منابع، نسبت به یك سطح كاربردی مطلوب و كاهش هزینه به كارگیری منابع حمل و نقل با استفاده از یك روش فرا ابتكاری (متاهیوریستیك) مناسب می باشد (نادری پور, 1372).
مساله تخصیص منابع در دسته بندی هرولن و دمیولیمیستر (2002) بصورت
level m,1 نمایش داده میشود که در آن CPM تابع هدف، زمان تحویل پروژه که زمان ختم پروژه از آن نباید بیشتر شود و m تعداد انواع منابع تجدید پذیر می باشد.
( Demeulemeester & Herroelen, 2007)
از آنجا که نوسانات منابع در مورد نیروی انسانی به معنی استخدام و اخراج است و نوسانات منابع در تجهیزات به معنی اجاره کردن و باز پس دادن است در اغلب پروژه ها این نوسانات نامطلوب می باشد. مساله تسطیح منابع از این جهت که سعی در حداقل نمودن نوسانات منابع انسانی و تجهیزات در طی زمان دارد اهمیت می یابد. بخصوص در پروژه هایی که بیکار ماندن منابع (انسانی یا تجهیزات) و یا بالا بودن بار کاری منابع هزینه بر است، این مساله مهم تلقی می شود (Kastor & Sirakoulis, 2009) .
پیچیدگی الگوریتم های ارائه شده برای حل این مسئله بسیار حائز اهمیت است و این امر می تواند در مورد مسائل بزرگ حتی با پیشرفت هائی که امروزه در زمینه ی برنامه نویسی کامپیوتری و سخت افزارهای مورد استفاده برای اجرای این برنامه ها حاصل شده است، بسیار آزار دهنده باشد.
جهانی شدن و تاثیر تغییرات تكنووژیكی، سازمانها را مجبور ساخته در حل بسیاری از مسائل خود با استفاده از علوم بهینه سازی (مدل های دقیق و نادقیق) حداكثر استفاده را از منابع كمیاب خود بنماید و این روند، اهمیت تحقیقات در علوم بهینه سازی را روز افزون ساخته است. بطوریكه ناتوانی در استفاده از این علوم می تواند ضربه های جبران ناپذیری را بر وضعیت رقابتی شركت ها وارد آورد(جعفرنژاد, 1385) .
وجود نوسانات منابع و تلاش در تسطیح ساختن منابع و همچنین اولویت فعالیت ها، زمانبندی پروژه را به یک مسئله سخت مبدل نموده است که همچنان روشی دقیق و کاربردی برای یافتن جواب بهینه آن معرفی نشده است به همین دلیل در سال های اخیر محققان و شاغلین در این حوزه از علم، تلاش های زیادی به منظور یافتن جواب بهینه یا نزدیک به بهینه برای این مسئله انجام داده اند.

3-1 اهمیت و ضرورت موضوع
3 دلیل عمده برای تسطیح منابع وجود دارد که عبارتند از:
1. تغییرات زیاد در سطح منابعی مانند نیروی انسانی مشکلات و هزینه های استخدام و اخراج افراد، هزینه و زمان مورد نیاز برای آموزش افراد جدید، مشکلات مربوط به کارایی افراد در دراز مدت را پی دارد و باعث می شود به دلیل ایجاد سابقه بد برای سازمان، از استخدام و بکارگیری افراد کارآمد جلوگیری شود. همچنین با هموار بودن سطح نیاز منابع، هزینه اجاره و حمل و نقل تجهیزات سنگین و گران قیمت کاهش می یابد.
2. با زیاد بودن سطح منابع ممکن است به دلیل وجود مقاطع زمانی که نیاز به منابع زیادی دارند، کارایی استفاده از منابع کاهش و هزینه ها افزایش یابند.
3. برای منابعی مانند ماشین آلات، وجود یک سطح ثابت و هموار برای نیاز به منابع می تواند در تبیین برنامه های تهیه، اجاره، حمل و نقل و حتی نگهداری و تعمیرات ماشین آلات و تجهیزات کمک شایانی نماید.
مدیریت پروژه فرآیند هماهنگی و یکپارچه سازی فعالیت ها در کارآمدی و مؤثر بودن شیوه استفاده از منابع محدود است و این از ارتباط منابع با آنچه را که قرار است در طول پروژه گردآوری و تحویل داده شود تشکیل شده است.
در مدیریت پروژه، مدیریت هر فعالیت پروژه به یک فرآیند بحرانی که موفقیت شرکت و رضایت مشتریان را تضمین می کند، تبدیل شده است. تکنیک های سنتی مدیریت معمولاً اهداف کوتاه مدت پروژه را کنترل می کنند و معیار مناسبی برای اجرای موفق پروژه ندارند، اما تکنیک های مدیریت پروژه به شرکتها این فرصت را میدهند تا در راستای رشد پیوسته و رقابت پذیری به اهداف میان مدت و بلند مدت دست یابند. هر چند مدیریت پروژه مدیریت منابع را به طور مناسبی ملاحظه نکرده و آنرا به مهارت مدیران پروژه در تخصیص و زمانبندی فعالیت ها واگذار کرده است. این وضعیت و پیچیدگی پروژه های واقعی، تنظیم خط مبانی پروژه جهت دستیابی به تخصیص بهینه منابع و زمانبندی مناسب فعالیت ها و تخمین بودجه مصوب برنامه ریزی شده را مشکل ساخته است. در صنعت طراحی و مشاوره مهندسی به دلیل وجود بخش های مختلف درگیر در پروژه و حجم بالای مدارک مهندسی، مدیریت و تخصیص سرپرستان مناسب به طوری که بهترین موازنه هزینه و زمان ایجاد شود امری حیاتی محسوب می شود. اهمیت این موضوع در مواقعی که زمان تحویل قراردادی و جریمه های سنگین در ازاء عدم تحویل به موقع در هر دوره تعیین شده باشد، کاملاً مشهود است و تخمین مناسبی از بودجه مصوب برنامه ریزی شده را حیاتی می سازد.
مدیریت منابع جزء درونی مدیریت پروژه است. مدیریت منابع تضمین می کند که پروژه به موقع و با همان هزینه و کیفیتی که قبلاً تعریف شده است تکمیل شود، این موضوع حتی برای شرکتهای پروژه محور مثل شرکت های پیمانکاری ضروری است.
در واقع مسئله برنامه زمانبندی پروژه یکی از مهمترین مسأله هایی است که دست اندرکاران در برنامه ریزی با آن برخورد دارند به ویژه زمانیکه که به منابع مصرفی کارآمد بدون افزایش طول مدت پروژه احتیاج دارند. با این تفاسیر چون یکسری از منابع کمیاب هستند، مصرف آنها برای فعالیتها منجر به ایجاد مسأله در برنامه زمانبندی پروژه خواهدشد.
مسأله برنامه زمانبندی پروژه تنها به منابع محدود خلاصه نمی شود بلکه در این میان مسأله تسطیح منابع نیز در میان است. این دو نوع مسأله را از نظر مصرف منابع، میتوان اینگونه مطرح کرد که در اولی مسأله محدودیت و در دومی مسأله بهینگی مصرف منابع تا حد امکان حاکم است. اگرچه ممکن است این دو رویکرد مانند هم به نظر آیند ولی کاملاً از هم متفاوتند. هر دو بطورگسترده توسط پژوهشگران مورد مطالعه قرار گرفته و دست اندکاران از آن استفاده کرده اند، ولی این دو گروه از تفاوت های بین این دو روش و محدودیت های جدی اعمال شده در کاربرد ابتکارات در نرم افزارهای تجاری بی اطلاعند. این دو مسئله در حوزه مسأله(NP-hard) جای میگیرند (Neumann, Schwindt, & Zimmermann, 2002) .
مسأله اول، مسأله مشخصی است و آن محدودیت منابع در برنامه زمانبندی پروژه است و هدف آن این است که بدون افزایش در محدویت دسترسی به منابع قابل دسترس، مدت پروژه را کاهش دهد.
دومی که مسأله تسطیح منابع (RLP) است برعکس قبلی یک مسأله غیر مشخص است و هدف آن این است که بدون تجاوز در مدت پروژه بهینه ترین مصرف منابع را در پی داشته باشد.
این دو مسأله را میتوان باهم ادغام و بعنوان مسئله بهینه سازی چندهدفه مطرح کرد اما اولی یعنی کاهش زمان، هدف اصلی و دومی یعنی مصرف کارآمد منابع تابع هدف ثانویه است.
با این حال روشهای معمول و روشهای ابتکاری-اکتشافی زمانیکه مسأله تسطیح منابع را می خواهند حل کنند نه انعطاف پذیرند و نه مولد.
از یکسو یکی از دلایل این ناکارآمدی این است که در مسأله های واقعی، مراحل دقیق ساده سازی وتلاش های محاسباتی که برای ارائه جوابهای بهینه قابل قبول باشند، کارآمد نخواهند بود و از طرف دیگر روشهای ابتکاری راه حل هایی را ارائه می دهند که از مطلوب مورد نظر فاصله دارد، بنابراین لازم است برای پروژه های پیچیده و واقعی از روشهای فرا ابتکاری استفاده شود.
به تازگی برای بهبود بهره وری در مصرف منابع، رویکردهای مهمی توسط پژوشگران شناخته شده است. ارائه روش های ابتکاری مختلف که برای پروژه های کوچک مناسب هستند، مثالهای ساده بدون تعیین معیار روشن برای مقایسه عملکرد بین الگوریتم ها می باشند که سعی میکنند شایستگی یک الگوریتم خاص را نشان دهند (Kolisch, 1996) .