Hiyerarşik grup karar vermeye dayanan proje portföy seçimi ve   çizelgelemesi
Project portfolio selection and scheduling based on hierarchical group decision making
Yazar: ÖZGE ŞAHİN ZORLUOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ÖZGÜR KABAK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering
Dizin: Optimum portföy = Optimal portfolio ; Çok kriterli karar verme = Multi criteria decision making

Özet:
Son yıllarda organizasyonlar sürekli bir karar verme döngüsüyle karşı karşıya kalmaktadır. Kaynaklarının, işgücü ve yatırımlarının çoğunu bu kararlara göre yapan organizasyonlar için doğru projeleri seçmek ve çizelgelemek büyük önem taşımaktadır. 
Çok kriterli karar verme üzerine yapılan çalışmalar, karar vericileri (KV) çok sayıda ve birbiriyle çelişen amaç ve kriterler olduğu durumlarda desteklemek için gerçekleştirilmektedir. Kararlar bireysel olarak ya da gruplar halinde verilebilir. Birden fazla bireyin yer aldığı karar verme süreçleri grup karar verme (GKV) olarak tanımlanabilir. Karar verme sürecine katılan bireylerin kendi tutum ve motivasyonlarına göre karar almaktadır. Bu KV ya da uzmanlar ortak bir problemin varlığını kabul etmiş ve ortak bir karara varmak üzere bir araya gelmişlerdir. Organizasyonel karar verme problemlerinde sürece katılım gösteren KV ya da uzmanlar, organizasyonun farklı birim ya da seviyelerinden çalışanlar ya da yöneticiler olabilirler. Karar verme süreci çok sayıda alternatif proje, kriter ve KV bulunduğu durumlarda karmaşık bir sürece dönmektedir. 
Çok Kriterli Grup Karar Verme (ÇKGKV) yöntemleri son yıllarda araştırmacıların ilgisini çekmektedir. Klasik ÇKGKV yöntemlerinin aksine, bazı özellikli problemlerde KV ya da uzmanların hiyerarşik bir yapısı bulunabilir, bu probleme hiyerarşik grup karar verme (HGKV) problemi denir.
Karar verme sürecine katılan KV ve uzmanların hiyerarşik yapısı en HGKV'nin en ilgi çekici taraflarından biridir. Organizasyonlar genellikle çalışanların üst birimlerine ya da alt birimlerine bağlı olarak farklı seviyelerde konumlandırıldığı, seviye hiyerarşisine sahiptir. Çalışanların değerlendirmelerine dayalı bir karar verilmesi gerektiği durumda, çalışanların hiyerarşisi dikkate alınmalıdır. Fakat böyle bir problem yapısında kompleksliği arttıran çok sayıda çalışan, alternatif ve kriter olması durumu ile karşı karşıya kalınabilir. Bu problemlerin üstesinden gelmek amacıyla bu çalışmada HGKV'ye dayanan bir proje portföy seçimi ve çizelgeleme (PPSÇ) yaklaşımı önerilmiştir. Bu yaklaşımın ilk bölümünde proje portföy seçimi için bir HGKV modeli sunulmuştur. HGKV probleminin çözümü için iki ayrı durumda yararlanılmak üzere iki farklı çözüm yaklaşımı geliştirilmiştir. İlk durum KV ve uzman değerlendirmelerin klasik sayılar, ikinci durum ise kanı dereceleri cinsinden ifade edildiği durumlar için geliştirilmiştir. Buna ek olarak bu iki durumu ele alan iki ayrı uygulama yapılmıştır. Bu tez çalışmasının seçim ile ilgili ilk bölümünün en önemli katkısı HGKV'nin tanıtılması, iki ayrı durum için iki özgün çözüm yaklaşımı geliştirilmiş olmasıdır.
Tez çalışması kapsamında PPSÇ sürecinin aşamalara ayrılarak yeniden tasarlanması amaçlanmıştır. Proje portföy seçimi ve proje portföy çizelgelemeyi bir arada ele alan entegre bir yapı tasarlanmıştır. Tez çalışmasının ilk kısmında önerilen HGKV yapısı ile alternatif projelerin fayda puanları ve sıralamaları elde edilmiştir. Tez çalışmasının ikinci kısmında ise yeni birçok amaçlı programlama (ÇAP) modeli geliştirilmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında geliştirilen modelin en önemli katkılarından biri literatürde çoğunlukla parametre olarak ele alınan, bir projenin bir zaman dilimindeki ilerleme yüzdesinin, karar değişkeni olarak tanımlanmış olmasıdır. Katkılarından bir diğeri ise modelin çözümü için iki ayrı durum ele alınarak iki ayrı çözüm yöntemi geliştirilmiş olmasıdır. ÇAP modelinin amaç fonksiyonlarından biri HGKV modelinin ağırlıklı birikimli kanı derecesi (ABKD) yaklaşımı ile çözümünden elde edilen ve farklı tatmin seviyelerine dağılım olarak ifade edilen projelerin fayda puanlarının en büyüklenmesidir. Elde edilen fayda puanları ÇAP modelinde amaç fonksiyonu katsayısı olarak kullanılmıştır ve fayda puanları farklı tatmin seviyelerine (s_r,rϵ 0,1,…,6) göre değişiklik göstermektedir. İlk durum için ÇAP çözüm yöntemlerinden ağırlıklı minimum-maksimum yöntemi ile önerilen model çözülerek ve her tatmin seviyesine göre farklı bir optimum çözüm elde edilmiştir. İkinci durum için kanı dereceleri ile ifade edilen ve tatmin seviyelerine göre değişiklik gösteren fayda puanlarının modele entegre edilmesi için bir interaktif çözüm yaklaşımı sunulmuştur. Bildiğimiz kadarıyla, literatürde bir başka çalışmada farklı tatmin seviyelerindeki kanı dereceleri birleştirilerek amaç fonksiyonu katsayısı olarak kullanılmamıştır. İnteraktif çözüm yaklaşımının etkinliğinin gösterilmesi amacıyla 18 proje ve 100 proje içeren iki ayrı organizasyon için uygulaması yapılmış, çeşitli senaryolar ile test edilmiş ve duyarlılık analizi verilmiştir.

Abstract:
Nowadays, organizations come across with a continuous cycle of decision making. Making the right decisions carries weight because an important amount of resources, labor force and investments are allocated according to the results of these decisions. Studies on the literature reveals clearly that making the right decisions such as selecting the right projects become a significant element for the success of an organization in fierce competitive environment. 
The studies on multi-criteria decision analysis (MCDA) help and support DMs to make decisions in decision environments with multiple and conflicting goals, criteria etc. Decisions can be made by individuals or groups. Group decision making can be defined as a decision situation in which there is more than one individual involved. The individuals participating to the decision process with their own attitudes and motivations consist of a group of decision makers (DMs) or experts. These DMs and experts are aware of a common problem, and come together to reach a collective decision. In an organizational decision-making problem, DMs or experts taking part in the decision-making process can be managers or employees of different units or levels of the organization. This process turns into a complicated task since there is a need for considering a great number of alternative projects, criteria and DMs. 
Multiple Attribute Group Decision Making (MAGDM) methods attract the attention of researchers and practitioners in recent years. Contrary to classical MAGDM problems, in some specific problems the DMs or experts may have a hierarchical structure that is called Hierarchical Group Decision Making (HGDM) problem.
The HGDM problem and a solution approach is defined in this paper. There are four major properties of HGDM problem. First one is the structure of the group members (DMs, experts, stakeholders, etc.) who are categorized as hierarchical units based on their positions on the organization chart. Also some group members (i.e., experts) may be located out of the hierarchy and the group members are allowed to make evaluations at different times. Second property is the alternatives to be considered which are special to each unit. Third property is the number of the group members. A large number of individual attend to the selection and scheduling process. Last one is the criteria to be considered. There are common criteria for experts located out of the hierarchy and also subjective and objective criteria may exist. To the best of our knowledge, there is no study in the literature that deals with the hierarchical structure of DMs or DMs' own alternatives. Besides no study exists that considers all four features of HGDM problem defined above. 
The hierarchical structure of the DMs, experts and group members who are participating to the decision-making process is the most challenging part of HGDM problem. There are four different kinds of hierarchy which are known as order, inclusion, control, and level hierarchy. In vast organizations, hierarchy of employees which is required for a high degree of organization and management is a kind of level hierarchy. Organizations usually have a level hierarchy where employees are structured at different levels according to the subunits or units they are part of. When it is required to make decision based on the evaluations of employees in an organization, hierarchy of the employees has to be considered. However, in such a problem, there may be large number of employees, alternatives and criteria that increases the complexity of the problem. Different types of employees should be handled differently. There may be concerns related to the quality of evaluations. Therefore, the problem become complex as the evaluations of various kinds of group members for vast number of alternatives are needed to be aggregated that require many mathematical operations.
In order to tackle these challenges, a new approach is proposed in this study. This approach serves to a decision problem that involves a large number of DMs from various levels of an organization who has a hierarchical nature as well as their own alternatives. Considering these properties, proposed HGDM structure is quite convenient to the selection part of project portfolio selection and scheduling (PPSS) problem. In the evaluation process, the participation of a large number of DMs from various levels is required for project proposals. In this process, contributions of a large number of DMs from various levels are needed to evaluate and constitute the final set of projects that will be performed. We develop two solution approaches for two different cases of HGDM problem where the evaluations of DMs and experts are represented by classical numbers and belief degrees. Also we worked on two applications covering these two cases to show its strengths in the application.
The most important contribution of the selection part of this thesis study is the introduction of the HGDM, a new perspective in GDM, and the two new solution procedures special to the structure of DMs and experts evaluations that present compact systematic approaches. The application of the HGDM architecture to PPSS problem is also one of the significant contributions of the selection part of this thesis study.
Within the scope of this thesis study, it is aimed to redesign the PPSS process from beginning to end by dividing the PPSS problem into stages. While analyzing the literature, it is seen that project portfolio selection and project portfolio scheduling problems were handled separately. It is seen that there is a need for an integrated approach that considers project portfolio selection and project portfolio scheduling problems together. HGDM structure gives the score and ranking of alternative projects. In the second part of the thesis study, a new multi-objective programming model is developed for PPSS problem, which handles the interdependency relations between projects and the constraints special to an organization. This mathematical model also provides the most appropriate schedule for the completion of the selected projects within a certain period of time, simultaneously it provides the selection of the most suitable portfolio among many alternative projects under various constraints special to the organization.
The originality of proposed model lies in defining the percentage of progress of a project over a period of time as a decision variable, which is mostly considered as a parameter in the literature. Tracking the progress of a project, is important in measuring the success of the project. Therefore, the business analysts who worked on various projects, presents a project progress report to their managers. It is useful to get the percentage of progress of a project over a period of time for efficiently allocating the resources, budget and labor force to the selected projects and planning the beginning and ending time of the selected projects. 
Furthermore, the proposed mathematical model has two objective functions; first objective function aims to minimize the total cost caused by hiring cost, firing cost, salary of workers, overtime cost and late completion cost of projects. The second objective function aims to maximize the total benefit score of the selected projects which are obtained from the solution of HGDM approach with the proposed weighted cumulative belief degree solution approach (WBCD). WBCD approach is developed for solving the HGDM problem when the evaluation of DMs and experts, criteria weights of DMs and experts and/or the weights of group of DMs and experts are represented by belief degrees. 
In this thesis, we consider two different cases. The benefit scores of projects obtained by solving HGDM problem with WCBD solution approach are presented as a distribution to different satisfaction levels (s_r,rϵ 0,1,…,6). The benefit scores that are used as objective function coefficients differ according to the distinctive satisfaction levels (s_r,rϵ 0,1,…,6). In the first case, the proposed model is solved by one of the multi-objective programming solution methods called as weighted min-max which provides to get the Pareto-optimal set by changing the weights of objective function according to the different satisfaction levels. In the second case, a new interactive solution approach is presented to integrate the benefit scores represented by belief degrees that are obtained from the solution of HGDM approach according to different satisfaction levels. Instead of obtaining a different solution set for each satisfaction level, the benefit scores of projects that are represented by belief degrees with respect to different satisfaction levels, are integrated to the model and optimal solution set is obtained. To the best of our knowledge, no study in the literature integrates objective function coefficients that are represented with belief degrees for different satisfaction levels.
Two different applications are conducted to show the applicability of the interactive solution approach presented in this study. In the first application, an organization with four hierarchical levels and 18 alternative projects is considered. In order to show the effectiveness of the interactive solution approach in case of a high number of alternative projects, it is implemented for an organization with 100 alternative projects. The interactive solution approach is tested with a number of different scenarios and a sensitivity analysis is conducted.