基于PERT的关键链缓冲预警机制研究

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摘要:缓冲区设置是关键链法在项目进度管理领域的一个技术突破,通过缓冲区对项目进度进行监控具有实际应用意义。

Abstract: Buffer sizing is the breakthrough of critical chain in the area of project schedule management, and it makes a practical application on monitoring project.

关键词:关键链;缓冲区;进度控制;缓冲监控

Key words: critical chain;buffer;scheduling control;buffer monitoring

中图分类号:F272.3 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)07-0060-02

0引言

所有的进度计划都是进度控制的一种基准。目前,最常用的网络计划是关键路径法(Critical Path Method,CPM)和计划评审技术(Program Evaluation and Review Technique,PERT)。CPM 忽略了不确定性,其应用具有局限性。PERT运用三点估计法对工序持续时间进行不确定性评估,解决了如何估计项目工期及项目完工概率的问题,但是PERT充当的角色趋向于一种评价结果,而不是一种管理手段。要成功运用PERT,项目实施过程中的控制才是关键问题 [1]。

1997年,以色列物理学家Dr. Goldratt将约束理论(Theory of Constraint, TOC)运用于进度管理中,提出了项目进度管理的新方法--关键链管理(Critical Chain Project Management,CCPM),其基本思想是将受资源约束和紧前紧后逻辑关系而形成的最长路线――关键链,作为项目的瓶颈制约,通过削减链路上各工序的一半活动时间,将各个工序的不确定性集中到关键链末尾的缓冲区内考虑,以此来缩短项目工期。关键链有两个重点,一是关键链的确定,其本质是资源受限项目规划问题,是NP问题,目前尚未找到通用的确定方法;有的学者认为确定关键链不再是纯粹的算法问题,而是战略决策问题,在这里不深入研究。二是缓冲区机制,高德拉建议将50%的完工概率的时间作为工序的作业时间过于武断,计算缓冲区大小的问题需要进一步研究和改善。同时,基于关键链的进度管理,是将缓冲区作为监控项目进度的有效工具,缓冲区是进度计划与控制间的有效桥梁,但是到目前为止,所有的研究重点均放在缓冲区大小上,缓冲的分配却没有一个科学合理的方法,仅仅是将其分为三个部分并赋予不同的控制力度,如何监控缓冲区是应用关键链方法亟待解决的重要问题。另外,pert网络计划在项目的进度计划制定阶段及工期风险评价方面发挥着重要作用,而CCPM偏重于在项目执行阶段发挥管理作用,若能将二者结合,则可以在关键链项目进度管理过程中发挥PERT的风险评估作用,具有重要意义。

1关键链方法的理论基础

在项目进度管理过程中,影响项目进度的因素可分为两类,一类是项目面临的不确定因素,另一类是人们管理项目的方式[2]。二战以来,人们在项目管理方面不断探索,花了很多功夫去应对不确定性,但一直未能取得突破性进展,Dr. Goldratt结合组织行为学,从项目管理方式着手来解决进度延期的问题。

1.1 TOC理论约束理论(Theory of Constraint,TOC)曾被称为美国制造业的秘密武器,由Dr. Goldratt于1986年在《The Goal》一书中提出,强调对不确定性的系统分析。TOC在项目时间管理中的运用,在于它对项目过程的所有工序采用系统的思考方式,通过解决制约项目进度的瓶颈来提升项目进度。

1.2 组织行为学的人的因素传统的项目管理认为一个项目能否如期完成与每一个工序的完成日期有关,为应对不确定性对工序的影响,会在每一个工序上加上大量的安全时间以确保工序按时完成。但是,人的行为存在“学生综合症”,在面对任务时总是拖拉到最后关头才开始动手,尽管在各个环节预留了足够的安全时间,项目却依然常常延误;同时,人的行为还遵循“帕金森定律”,即人们尽量让工作把原来预估的时间充满,即便提早完工也不报告,导致各环节节约的时间无法使其它环节及整个项目受益。

1.3 项目的级联效应大多数项目都有并行的工序,只有所有并行的工序全部完工后才能转入下一工序。在项目实施进程中,并行工序中提前完成工序所剩余时间被浪费掉,而延误的工序将会由于逻辑关系产生级联效应,把拖延带给下一工序[3]。

2关键链项目进度管理方法

基于TOC理论、组织行为学及系统工程理论,高德拉提出关键链法用于项目进度管理,其主要有三个部分:一、确定关键链以找出项目进度的系统约束;二、缩短工序持续时间以消除人的影响;三、设置缓冲区机制以应对风险。

2.1 关键链的确定根据TOC理论,高德拉指出:资源约束与工序间逻辑依赖关系具有同等重要的地位,各工序的持续时间、紧前关系与资源供求之间的相互作用共同决定着项目总工期。这种相互作用导致一个或更多的工序序列决定了项目最早完工时间,这种序列即为关键链,其具体定义为:“决定项目最早完工时间的有序活动所组成的链路”[4]。

如图1所示, CPM网络下,工序A,C,E,F组成了项目的关键路径,其工期为19天;但若考虑资源约束, B和C使用同一资源R2,而R2一次只能执行一项作业,则B、C不能同时进行。因此,按实际情况出发则项目的关键工序为A,B,C,E,F,这五个任务就构成了项目的关键链,其工期为22天。可见,是关键链而不是关键路径,决定了项目在给定的紧前关系和资源条件下完成项目所需的最短时间。

2.2 缩短工序时间――50%法在实际项目执行过程中,由于人的行为因素而浪费了工序中所设定的安全时间,因此CCPM用50%概率下的工序持续时间或原来时间的一半来作为工序工期的估计,这样可以让人们觉得时间非常紧迫,在工序一开始就认真投入,达到提高项目完成效率的目的。

2.3 设置缓冲机制CCPM方法人为地去掉了各工序的安全时间,这也加大了项目施工过程中的应对不确定性的风险,容易出现延误。为了解决这一问题,CCPM 从系统整体考虑,将链路上各工序的消减的安全时间放置在末尾以作为缓冲,并运用“风险整合”理论将总的安全时间进行整合,以达到缩短项目工期的效果。

如图2所示,为防止项目发生延误,在关键链末尾设置项目缓冲(Project Buffer,PB);当非关键路径与关键路径汇合时,就必须考虑到非关键路径有可能延迟关键路径上的活动,因此必须在汇合处设置汇入缓冲(Feeding Buffer,FB),用以保护关键链上的汇入点工序如期开始而不会受到非关键链上工序延误的影响。同时,由于关键链上任何活动的延误都会引起整个项目的延误,所以在需要时将某个资源立刻转移到关键链上是很重要的,为此CCPM提出了资源缓冲(Resource Buffer,RB)的概念,即:对于需要投入某种资源来启动的关键链上的某工序而言,当其前续关键工序使用的是其他资源时,需要在该工序之前设置RB[5]。

3缓冲区预警机制

CCPM通过改变项目管理方式,从资源和工序逻辑关系出发,找到制约项目进度的关键链,通过缩减工序时间来克服人的行为因素对项目进度的影响,通过项目缓冲来应对进度风险,这是CPM /PERT关于关键线路及关键工序的思想的进一步丰富与发展,是进度管理领域的技术突破。然而,无论一个计划做得多完美,也是为进度控制提供依据。如果进度控制失败导致项目延期,则项目管理是失败的,因此依据进度计划做好进度控制至关重要。CCPM通过缓冲区来对项目进度进行监控,具体方法是采用“三色”管理法:将缓冲区进行三等分,分别用绿、黄、红三色表示。当缓冲消耗量在绿色区域时,项目运转良好;处于黄色区域时,项目稍有延期风险,但通过加强监控及风险应对策略可以控制;而当缓冲已处红色区域时,项目延期严重,必须马上采取有效措施。通过缓冲监控机制,项目的进度风险可以得到持续、系统的监控,进度计划稳定且不需要实时更新,具有实际操作意义。然而,在工程实际中,当任务完成90%而消耗缓冲80%,当任务完成20%而消耗缓冲80%,这两种情况所对应的风险等级是完全不同的。可见,Goldratt在提出缓冲区监控时忽略了“已完成工作量”与“缓冲消耗量”之间的联系,在应用中失去实际意义。目前,所有的研究重点均放在缓冲区大小上,忽略了缓冲区的监控应用,程婷婷等[6]虽然考虑了“完成工作量”对进度风险的影响并提出安全标志N来监控缓冲区,但是工序的不确定性大小不同对缓冲消耗也有影响,因此仍有待改进。而PERT的三时估计描述了工序的不确定性,因此本文拟结合PERT,从工序不确定等因素出发,将缓冲区科学合理地分配给各个工序,并以此为基础提出新的缓冲监控参数,期望为CCPM在进度控制中的应用提供依据。

3.1 工序的缓冲区分配量(Activity Buffer, AB)在项目施工过程中,不同的工序由于受到的不确定性影响不同,其对缓冲的消耗也是不同的,在关键链上第i个工序对缓冲区的消耗程度由以下因素决定:

3.1.1 不确定系数(K)一个工序若不确定性较大,则在项目施工过程中消耗缓冲区的可能性也越大,因此在进度监控时对该工序应该配备较多的缓冲区。在工程项目中,PERT的三时估计值a、m、b代表着估算人员对任务的理解和对任务计划的把握能力,因此可以用来表示工序的不确定性。如果m越接近a,表明该工序延期的可能性越小,则消耗缓冲区的可能性也越小;相应m越接近b,表明该工序延期的可能性越高,其消耗缓冲区的可能性越大[1]。

K=(1)

3.1.2 工序持续时间比例(P)若一个工序的持续时间较长,则说明该工序对工期的影响较大,因此也应该考虑配予较多缓冲。

P=(2)

式中:D表示关键链路上第i个工序的持续时间;n表示关键链路上的工序数。因此,对于关键链上的项目缓冲PB而言,分配给关键链上第i个工序的缓冲量

AB=×PB(3)

3.2 缓冲监控参数(M、N)在进度控制过程中,进度风险不仅与缓冲区的消耗量有关,而且与所完成的工作量有关,因此引入工序完成量ηi来表示在监控时刻上正在进行的工序i所完成的工作量百分比(由进度管理者给出具体数值)。关键链上,在对第个i工序进行监控时,引入缓冲监控参数M和N来判断进度风险的大小。

M=T1-T2=T1-Dk-Di?鄢ηi(4)

式中:T1表示从开工到监控时刻的实际工期;T2表示从开工到正在进行的工序i完成ηi时所需的计划工期。Dk表示关键链上第k个工序的计划持续时间;i表示监控时刻正在进行的工序。

N==(5)

式中:AB总为监控点处所能支配的缓冲量;ABk为第k个工序从项目缓冲PB上的所获得缓冲分配量。缓冲区进度风险监控步骤:Step 1:计算缓冲监控参数M。Step 2:进行缓冲风险判断。If M0,则表明施工过程中有不确定性发生,具有进度风险,进入Step 3。Step 3:计算缓冲监控参数N。根据高德拉的“三色”管理法,将参数N分为0~0.3,0.3~0.6,0.6~1这三部分。If N?燮0.3,则表明进度风险在预计范围之内,可以继续进行。If 0.30.6,则表明项目目前的进度不甚理想,必须采取果断措施改善项目的执行。

3.3 缓冲监控案例分析举例:某一关键链A-B-C-D-E,各工序的持续时间D及PERT三时估计值见表1。CCPM计划下,其PB=9天。在第27天对进度进行监控,发现进度延误,仍在工序C处施工,且该工序完成量为80%,判断其进度风险及要采取的措施。

计算分析如下:①进度监控点为工序C,其完成量为80%。②若是按照原计划进度,在该监控点的计划工作时间T2=12+8+5*0.8=24天;而实际工作时间T1=27天,则M=27-24=3天;可见,进度发生延误,产生进度风险。③根据工序的D、a、m、b计算不确定性系数K、P,并得出工序缓冲分配量AB,具体计算结果见表1。④计算出该监控点所能分配的缓冲总量。AB总=3.3+2.6+1.4*0.8=7天。则N=3/7=0.429。⑤通过计算,0.3

4结论

针对关键链的缓冲区监控机制的研究盲点,本文提出在缓冲区监控时应该结合工作完成量与缓冲消耗量,二者结合进行监控,并通过不确定系数K、工序比例P、及工序完成量ηi,得出缓冲监控参数M、N,为实际工程中的关键链方法管理提供了有效的监控手段。同理,非关键链上也可以通过该监控参数对链路进度进行监控,以防止非关键链的延误对关键链上的工序产生影响。

参考文献:

[1]蔡晨,万伟.基于PERT/CPM的关键链管理[J].中国管理科学,2003,(06):36-39.

[2]吉罗德•肯德尔,王仕斌(译).TOC制约法专题(二)关键链项目管理 [J].企业管理, 2007,(5):62-67.

[3]杨雪松,胡昊.基于关键链方法的多项目管理[J].工业工程与管理, 2005,10(2):48-52.

[4]李,欧阳斌,冯艺,大型水利工程关键链进度计划方法研究[J],2005,(11):71-74.

[5] 寿涌毅.关键链项目管理方法综述[J].项目管理技术,2006,(09):28-31.

[6]程婷婷,李伟波,程霞.关键链新技术在项目管理中的研究和应用[J].微机计算机应用,2007,第28(5):539-543.