多項目資源受限網絡計劃方法研究論文(PDF 62頁).pdf

華中科技大學 碩士學位論文 多項目資源受限網絡計劃方法研究 姓名 時正偉 申請學位級別 碩士 專業(yè) 熱能工程 指導教師 黃勇理 2011 01 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 I 摘要 企業(yè)的管理水平很大程度上影響著企業(yè)的經營狀況 適合企業(yè)的管理模式會提高勞 動生產率 提高贏利水平 而不合適的管理模式則會阻礙企業(yè)的發(fā)展 在勞動密集型企 業(yè)中 工人的勞動狀態(tài)決定著工作的持續(xù)時間 而人的行為習慣和心理因素又帶來了很 多不確定性 如何管理工程的進度 使得項目在合同期內完成這個問題常常困擾著企業(yè) 管理者 當前常用的管理方法是關鍵路徑法和計劃評審技術 這種基于網絡計劃技術的 項目管理方法曾經為企業(yè)的進度管理和任務分配提供了理論基礎 而隨著柔性化等生產 要求的提出 項目要求工期控制更嚴格 投入資金更少 生產方式更靈活 傳統(tǒng)的網絡 計劃技術已經無法滿足當前的管理需求 基于約束理論的關鍵鏈項目管理技術的出現和 廣泛應用 為解決了這一問題指明了方向 關鍵鏈項目管理與傳統(tǒng)方法最大的區(qū)別在于考慮了資源的約束 把資源的約束附加 到工序約束上 通過緩沖區(qū)的設置和管理 減少管理中不確定因素和人為因素導致的工 期延期 本文是首先對關鍵鏈管理技術進行了詳細的分析 結合國內外研究現狀和實際需 要 使用啟發(fā)式算法來尋找關鍵鏈 用 Matlab 工具編寫了算法實現程序 取得了很好 的計算效果 使用根方差法來設置緩沖區(qū) 并給出了項目緩沖區(qū)和匯流緩沖區(qū)的設置方 法 針對于多項目的計算 提出了基于資源分配現狀的方法設置產能緩沖 并通過考察 緩沖區(qū)消耗與項目進度的比例 改進現有緩沖區(qū)管理方法 對于勞動密集型企業(yè)的實際狀況 本文對某企業(yè)的生產模式進行了詳盡的分析 找 出整個生產流程的制約因素 即瓶頸 通過改善瓶頸 重新安排生產模式 提高生產效 率 并用 Project 項目管理軟件建立單項目和多項目案例 用兩種啟發(fā)式方法進行計算 比較不同情況下的計算結果性能 給出了理論分析 本文的研究將會為企業(yè)的生產管理 提供理論依據 關鍵詞關鍵詞 資源受限調度 關鍵鏈項目管理 多項目管理 網絡計劃技術 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 II Abstract Management mode has a great impact on the enterprise s efficiency a good management mode will increase productivity improve profitability while a poor management mode will hinder the development of enterprise In the labor intensive enterprise the working status of workers determines the duration of the work and the workers habits and psychological factors bring a lot of uncertainty How to manage the progress of a project making the project be completed during the contract period often perplex business managers The current methods commonly used are Critical Path Method CPM and Program Evaluation Review Technique PERT the network planning technology provide a theoretical basis for enterprise s progress management and task assignment With the proposal of flexible production project requires that duration more stringent less capital investment production patterns more flexible Traditional network planning technology management has been unable to meet current demand with the emergence and widespread application of Critical Chain Project Management CCPM techniques based on the Theory of Constraints TOC this method becomes the main solution The main difference between Critical Chain Project Management and the traditional methods is it takes resource constraints into account attach resource constraints to the process constraints set up and manage the buffers to reduce the project duration extension caused by uncertainty and human factors of management This thesis is started with an introduction of the CCPM taking into account the research situation and actual needs we use heuristic algorithms to locate the critical chain use the Matlab tool to code the algorithm procedure and obtain good calculation results And use the root square error method RSEM to set the buffer for multi project case set the capacity buffer by the allocation of resources Propose an improved buffer management method and by detecting the ratio of buffer consumption and project progress For the actual situation of labor intensive enterprise this paper analysis production mode detailed and identifies constraints of the production process bottlenecks by rational utilization of the bottleneck change the production model to improve production efficiency Use the project management software to establish single project case and multi project case using two heuristic methods to calculate and compare the results this study will provide enterprises a theoretical basis for production management Key word resource constrained schedule Critical Chain Project Management multi project management network planning technology 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及 取得的研究成果 盡我所知 除文中已經標明引用的內容外 本論文不包 含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的研究成果 對本文的研究做出 貢獻的個人和集體 均已在文中以明確方式標明 本人完全意識到本聲明 的法律結果由本人承擔 學位論文作者簽名 日期 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留 使用學位論文的規(guī)定 即 學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版 允許 論文被查閱和借閱 本人授權華中科技大學可以將本學位論文的全部或部 分內容編入有關數據庫進行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復制手段 保存和匯編本學位論文 保 密 在 年解密后適用本授權書 本論文 不保密 請在以上方框內打 學位論文作者簽名 指導教師簽名 日期 年 月 日 日期 年 月 日 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 1 1 緒論 1 1 研究背景與意義 隨著時代的發(fā)展 科技的進步 人們所從事的各項活動的規(guī)模越來越大 涉及到的 人員越來愈多 人員結構越來越復雜 工作時間要求更精確 資金的需求壓力更大 單 純的依靠管理人員個人的能力與經驗 來管理復雜多變的項目已經不再可能 這要求人 們對于活動采用系統(tǒng)化的角度來看待 用科學的方法來進行管理 把科學更好的融入到 管理的過程中 自從泰勒 1911 年創(chuàng)立管理科學理論以來 1 人們漸漸的意識到了管理的重要性 開始使用各種方法來管理項目 管理科學取得了長足的發(fā)展 尤其是二十世紀五十年代以 后 項目管理的廣泛應用和快速發(fā)展 使得管理科學邁上了新的臺階 美國最先把項目 管理的方法運用到了軍事等大型的工程的管理過程中 并取得了很好的效果 關鍵路徑 法 Critical Path Method CPM 和計劃評審技術 Performance Evaluation and Review Techniques PERT 相繼出現 為項目管理奠定了理論基礎 由于這兩種方法有相同的理 論基礎和方法目標 被合稱為關鍵路徑法CPM PERT 1965 年 著名數學家華羅庚 2 首先在我國推廣網絡計劃方法 并把這些理論運用到 生產調度和計劃安排當中 取得了巨大的成功 用結構化的思路來分解復雜的工程項目 并對項目中不同緊迫程度的工作安排不同的執(zhí)行順序 使得最重要的工作最先完成 把 任務分配這一原本依靠管理者經驗 個人能力來完成的工作用更為科學的方法進行管理 和實施 縮短了平均項目的工期 提高了項目可行性 確保了項目施工的質量 節(jié)約了 項目資源 增強了項目進度的控制力度 提高了工作效率 降低了項目的成本和費用 為我國的經濟發(fā)展起到了不可磨滅的貢獻 可以說 我國在工程項目施工領域取得的進 展 是建立在網絡計劃方法的發(fā)展之上的 隨著信息技術的發(fā)展 生產技術的提高 尤其是柔性化制造的概念的提出和流行 對制造行業(yè)提出了更高的要求 要求企業(yè)能夠更快的適應市場的變化 以更小的代價 使用更有限的資源來實現更加靈活多樣化的生產 這對于當前使用的網絡計劃方法提出 了巨大的挑戰(zhàn) 因為無論是 CPM 還是 PERT 方法 都是建立在不考慮資源約束 僅僅 考慮整個項目的時間結構的前提下 對生產的進行安排和調度 而這與柔性化的要求是 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 2 直接沖突的 在現實的生產環(huán)境中 資源總是有限的 使用的資源越多 消耗的費用越 多 因此資源不是無限的 這就導致了項目的執(zhí)行計劃因為資源的限制而被打亂 項目 無法在計劃工期內完成 從而使的網絡計劃的實際效果大打折扣 這樣所導致的問題有 項目超期 資源的利用率低 項目的成本高 這些問題是由于網絡計劃技術的理論體系 無法真實反映生產的實際情況所導致的 需要更加先進的管理理念來解決這些問題 資源約束項目調度問題 Resource constrained project scheduling problem RCPSP 的 提出和被廣泛的關注 正是人們對于資源的分配和運用更加重視的結果 這種類型的調 度項目問題 不單單考慮時間的約束 而且考慮了資源的約束 在合理利用有限資源的 前提下實現預期目標的最優(yōu)化 3 有限的資源的使用情況 特別是一些核心資源 多工 作共享資源 這些資源使用情況是不是很合理 是否優(yōu)先用來完成關鍵工作 是否存在 浪費 是否超出了系統(tǒng)可用數量 會對整個項目的執(zhí)行情況產生很大的影響 以色列物理學家Eli Goldratt在 The goal 4 一書中首先提出了約束理論 Theory Of Constraint TOC 該方法為資源受限的管理帶來了契機 他認為 影響整個項目的效率 的是某些關鍵的環(huán)節(jié) 稱為系統(tǒng)的瓶頸 只有不斷的改進瓶頸的使用情況 才能改善整 個項目的執(zhí)行情況 隨后 Goldratt又完成了 It s Not Luck 和 The Critical Chain 兩 書 進一步完善了TOC思想 并把TOC思想用于了項目管理的過程中 形成了關鍵鏈項 目管理 Critical Chain Project Management CCPM 方法 關鍵鏈項目管理以關鍵鏈 Critical Chain CC 取代了關鍵路徑作為安排工作的標準 關鍵鏈是在關鍵路徑的基礎上加入對于資源的要求 結合資源的限制生成更符合實際情 況的調度方案 同時把活動執(zhí)行過程中的安全時間提取出來 集中起來形成緩沖區(qū) 從 而減少學生綜合癥 墨菲現象等因為人們的心理因素和分工不明確而帶來的時間上的延 誤 隨著對于CCPM研究的深入 人們對于CCPM的認識越來越全面 實現方法也趨于 多樣化 CCPM成為解決資源受限項目調度的重要方法 在一些歐美發(fā)達國家 CCPM 已經取得了廣泛的應用 5 而在我國 這方面的研究剛處于起步階段 距離實際的應用 還有一定的距離 而CCPM對我國項目管理水平提高有很重要的價值 因此這方面的研 究有著廣闊的研究背景 有重大的理論意義和實際意義 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 3 1 2 課題應用背景 本研究所做的工作是針對某電氣成套設備企業(yè)的實際生產場景進行的 成套配電企 業(yè)的產品為低壓配電設備 把高壓線路的電壓轉化為中低壓用電 并進行保護和分配 成套配電設備的類型包括高壓類變電柜 低壓類變電柜 箱式變電站 三箱及智能電網 自動化設備等產品 無論是低壓還是高壓產品 在應用中總是組合在一起使用 也經常 是以幾個柜子為整體進行生產和銷售的 故我們以一個成套的產品作為管理的對象 此 類型的企業(yè)是典型的勞動密集型企業(yè) 其工作流程相對固定 有較強的結構性和嚴格的 先后順序 同時涉及的人員也較多 人力資源的管理是否高效 生產的安排是否優(yōu)化 將會直接影響到企業(yè)的經濟效益 所以必須重視企業(yè)的管理 企業(yè)所進行的生成活動主要是元件的機加工和裝配 機械化程度較低 主要由工人 手工完成 手工勞動并不是一個規(guī)范化的生產 它有著很多不確定性的因素和不可預知 的因素 生產中最重要的要素工作時間就是無法確定的 所以這種生產與 Job shop 類型 的機械化生產有著本質的區(qū)別 Job shop 的方法在本項目中也無法使用 一項工作的持 續(xù)時間受工人的工作狀態(tài) 資源使用狀況和其他多種外界條件的影響 單單是完全準確 地預計一項工作的工時就是一個很困難的事情 更何況在此基礎上進行的各種生產的調 配和人員的安排 因此并沒有一個完全解決此類問題的科學理論 當前企業(yè)并沒有一套很完善科學的生產管理方法 這項工作主要由車間主任依靠個 人經驗來完成 他在安排生產的過程中并沒有考慮資源的約束和對整個結構的影響 僅 僅依照工作流程把不同的工作分配給不同的員工 我們可以把這樣的管理歸為 CPM 網 絡管理 但比 CPM 管理還要缺乏對關鍵路徑的認識和保護 還不是一個完備的 CPM 管 理體系 因此 當前生產安排和調度計劃中存在以下問題 1 生產超期 這是生產管理中遇到的最嚴重的問題 管理者并沒有對每個具體的工作環(huán)節(jié)制定具 體的時間計劃 沒有明確要求某一項工作在什么時間完成 工人并沒有很強的時間觀念 做一項工作所用的時間是由他的工作狀態(tài)和當時的生產情況確定 當員工身體狀態(tài)不 好 工作效率低下時 極有可能導致某一項工作的執(zhí)行時間超過預期 卻沒有相關補救 措施來彌補 所以整個項目執(zhí)行的不確定性很大 在工作任務繁重時 頻繁的需要員工 加班工作 對于不同的工作并沒有不同的劃分 瓶頸工作和瓶頸資源的概念并沒有提出 瓶頸利用率是非常低的 常常因為等待不重要工作而處于空閑狀態(tài) 這樣的管理方式很 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 4 不科學 整個項目工期沒有準確的預計和嚴格的控制 經常會發(fā)生超期 2 資源利用率低 由于安排工作的時候并沒有考慮到它們是否使用資源 資源是否可用 也沒有確定 不同的工作使用資源的優(yōu)先級 所以多項工作同時使用某一項資源時 需要通過競爭來 獲得使用權 可能存在這不恰當的競爭 使得資源并沒有合理利用 當工期緊張任務繁 重時 或大家工作進度相同時 都需要使用有限的資源 資源無法滿足生產的需求 為 了確保生產按期完成 需要加大投放的資源數量 當度過這一段資源緊張時期后 各項 工作都不再使用資源 資源又會處于空閑狀態(tài) 這樣資源的利用數量并不平均合理 利 用率有限 即使投入大量的資源也得不到應有的效果 最為典型的例子是車間內的數控 折彎機 由于數量有限 只有幾臺 而每一臺柜子的生產都需要 所以經常在某一時段 機器不夠用 而另一時段卻無人使用 3 工人等待時間長 當前任務的分配有著很大的隨機性 并沒有完善的計劃體系 工人的工作安排常常 是不恰當的 當工作進入交叉節(jié)點時 前面工作可能未完成 而安排工人在此時段進行 加工 那么工人只能等待緊前工序的完成 或者資源因為并不可用 導致工作需要暫停 工人處于等待狀態(tài) 這個等待時間經常會等待很久 雖然工人的工作時間很長 但工人 實際在工作的時間卻很短 有效工作時間與工作時間不成比例 當前的做法是當工人等 待時 轉而進行其他柜子的工作 這可能會導致原來工作的拖延 這實際上就是把等待 延后 并沒有根本解決等待的問題 反而會導致執(zhí)行順序的亂混和工期的拖延 4 資源的需求量大 這個問題原因產生于第二點 當工期逼近 而工作的實際進度并沒有很好的跟上的 時候 為了趕進度 必須要投入更加大量的人力和物力資源 延長工作時間 這些其實 并不是需要的 而是計劃不完善帶來的惡果 這對企業(yè)的資金鏈要求更高 這與我們的 目標是沖突的 這種種的問題導致的最終結果是 工廠并沒發(fā)揮完全的生產潛能 生產率不高 如 果能夠改進計劃 同一時間內產品的產量會增加 所需要的資源量會減少 為此 我們 用關鍵鏈項目管理的方法來管理該企業(yè)的項目調度管理工作 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 5 1 3 國內外研究現狀 國內外對于關鍵鏈項目管理方法的研究始于 1997 年 高德拉特在 關鍵鏈 一書 中把約束思想引入項目管理的實踐中來 開啟了管理學新的方向 他最先意識到資源的限制對整個項目執(zhí)行過程的約束和影響 把資源約束提高到工 作固有的時間約束關系的層次上 把資源約束與 CPM PERT 中的關鍵路徑結合起來 形 成關鍵鏈 以此作為安排工程進度的依據 并考慮了人們在實際工作中可能產生種種心 理活動 如學生綜合癥 墨菲定律等 秉承 項目各個局部工作最優(yōu)并不是最優(yōu) 只有 整個項目最優(yōu)才是最優(yōu) 的思想 提出了把項目的安全時間從各個工作的提取出來 匯 集到一起 形成整個項目的安全時間 稱為緩沖區(qū) 他把每個工作的工作時間削減至 50 概率完成工作的時間 并把每個工作因此而削減的時間集中起來 累計到緩沖區(qū)當中 這種方法是緩沖區(qū)設置最原始的方法 后來被人們發(fā)展為剪貼法 其后眾多的學者投入到關鍵鏈項目管理的研究中 努力把這項研究推廣到更多的范 圍和更具體的實際情況中 但并沒有技術性很強的理論和適用性很好的方法 沒有形成 統(tǒng)一的結論 當前主要的研究方向和熱點是 關鍵鏈求解方法和緩沖區(qū)的設置 用CCPM 進行實際項目的管理 首先要確定項目的關鍵鏈 由于問題的規(guī)模會隨著工作數目的增 加呈幾何級數的增長 此類型的問題并沒有多項式時間的解法 是NP難問題 6 無法用 解析方法求解 所以現在的求解方法主要為啟發(fā)式方法和智能方法 不同的方法有的計 算步驟不同 其效果也不同 眾多學者從事著這方面的研究 另一個熱點是緩沖區(qū)的設 置 7 由于緩沖區(qū)的大小和位置與整個項目的實際執(zhí)行情況密切相關 直接關系到整個 項目的工期 當前的主要研究方法是建立一個模擬的項目 并設置相關的參數 用Crystal Ball軟件來實現蒙特卡洛方法 8 的仿真 然后觀察緩沖區(qū)能夠在多大程度上滿足不同的 工況數據 如果能夠很好的適應不同情況 則說明該緩沖區(qū)方法優(yōu)秀 Hoel 9 通過蒙特卡羅實驗計算實際的案例 得出緩沖區(qū)的設置方法 他認為項目的 緩沖區(qū)的大小設定與項目按照計劃完成的概率有關 輸入緩沖區(qū)的大小可也為工作的自 由時間 Kolisch 10 把調度分為了串行調度機制 SSS 和并行調度機制 PSS 串行調度機制以 任務為任務目標 并行調度機制以時間為任務目標 其解的結構形式也有所不同 在此 基礎上 他比較了不同情況下兩種方法的解的情況 這項研究這對于選擇不同的方法有 著指導意義 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 Hartmann 11 選擇了智能鄰域搜索法中的遺傳算法作為求解資源受限問題的方法 用 隨機鍵和優(yōu)先規(guī)則來表示算法 用串行機制生成遺傳算子 用啟發(fā)式方法生成一個初始 解 通過一定代數的遺傳操作生成最后的近似最優(yōu)解 6 的 2002 年 萬偉和蔡晨 12 13 分析了在一種資源約束的情況下 用ACTIM啟發(fā)式算法 求出關鍵鏈 并提出了一種基于彈性系數K緩沖區(qū)計算方法 項目緩沖 m B mmm B m B PBbaK 匯流緩沖 mmm B m C FBbK a 并用一個實例驗證了這種方 法的性能 其后 他們又把這種方法推廣到兩種資源受限的情況下 他們的案例雖然很 簡單 并不能很好的說明問題 但這種方法卻產生了深遠的影響 很多人使用這種方法 來進行緩沖區(qū)的設置 白思俊 14 15 16 通過多年的研究 對常有的啟發(fā)式方法進行比較分析 他先把 30 多種常用的啟發(fā)式方法進行分類比較 介紹了各自的特點 然后通過工期比率 比率和 差值率三項度量指標來考核各種方法的實際效果 并研究了它們的回歸曲線方程 他的 研究結果對我們在工作中如何選擇啟發(fā)式方法和確定不同方法性能有著指導意義 劉士新等 17 18 總結現有的研究現狀 用啟發(fā)式規(guī)則生產關鍵鏈 并解決PSPLIB 19 中的算例作為對方法的驗證 他們用基于優(yōu)先規(guī)則的啟發(fā)式方法生成工期最小的近似方 法 然后按照一定的移動規(guī)則生成半積極調度計劃 最后比較計劃中最晚 最早開始時間 來識別關鍵鏈 他們的緩沖區(qū)設置方法也有創(chuàng)新之處 緩沖區(qū)的大小 min jki BSb r cf 為工作的自由時間 為工作用跟方差方法計算的緩沖區(qū) 他們最大的貢獻是考慮 了在制品數量 Work In Process WIP 這個因素 雖然很多的研究都把降低在制品水平作 為內在的技術需求 但并沒有明確的方法和具體的行動 劉等人并把這個因素作為了目 標函數的一部分加以考慮 這使得CCPM的方法更具理論價值和實際意義 k b i rcf 楊雪松 胡昊分 20 析了傳統(tǒng)項目管理的級聯效應 多任務工作和行為效應的問題 提出了五步驟法關鍵鏈管理方法 并把關鍵鏈調度 同步化 緩沖管理應用于多項目管 理 并建立了實際案例 用虛擬方法進行了求解 該文中的對多個項目的處理方法值得 我們借鑒 1 4 論文主要內容 本文所涉及內容是建立在某電力生產企業(yè)的基礎之上的 所進行各項研究都是為了 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 7 安排在實際生產中遇到的問題 目的是結合實際的資源情況對原有的生產調度進行優(yōu)化 和改進 使得編排的生產計劃更加符合實際情況 可用性更好 可行性更高 取得好的 實際效果 改善企業(yè)的生產效率 增加企業(yè)的收益 基于此種原則 我在研究方法的選擇上進行了一定的取舍 即選擇最實用 最符合 生產情況的方法 而不是選擇技術上最優(yōu)的方法 目前關鍵鏈項目管理的理論和方法正 處于研究之中 雖然有很多形式不同內容新穎的科學方法的提出 但實際并沒有可以遵 循的可以解決各種問題的方法和路子 各種理論都有其優(yōu)勢和用武之地 但也面臨著實 際應用的考驗 在機械制造領域 由于工作時間相對固定 流程簡單 人們的研究比較 深入 已經有一些商業(yè)的軟件開始應用 并且取得了一定的效果 但在勞動密集型企業(yè) 情況要復雜的多 本研究首先考察企業(yè)的生產狀況 對現有的生產模式進行分析 結合約束思想對生 產模式進行了改進 重新劃分員工的職責 對項目的基本流程進行概況 建立網絡計劃 在網絡計劃方法的基礎上 對資源進行了分類 考慮相應資源約束 用啟發(fā)式方法生成 關鍵鏈調度方法 并比較不同啟發(fā)方法所得結果的優(yōu)劣 分析產生這樣結果的深層理論 原因 此部分功能主要是通過作者編寫的 Matlab 程序實現的 這也是本研究向實際應 用所做的貢獻 并對多項目的管理方法加以討論 用多項目結合的案例進行分析 最后 選擇合適的緩沖區(qū)方法進行設置 本文共分為五章 第一章介紹了本文的研究背景 研究的意義 所面臨的實際生產狀況和需要 對國 內外的方法和研究現狀進行了綜述和討論 確定了研究的思路和技術路線 第二章描述了網絡計劃技術的理念和理論基礎 分析關鍵路徑法的主要弊端 提出 關鍵鏈方法 并對此方法進行詳細的描述和分析 給出實現關鍵鏈方法的具體步驟 以 及緩沖區(qū)設置及管理方法 第三章分析了實際企業(yè)的管理方法 對現有的生產模式進行改變 建立從實際中抽 象出來的案例 用 Matlab 編程實現關鍵鏈管理 第四章建立了單項目案例和多任務案例 分別用兩種方法進行任務安排 比較兩種 方法的優(yōu)劣 分析其理論原因 最后給出緩沖區(qū)設置方法 第五章總結全文 對以后的發(fā)展做出展望 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 8 2 項目管理及網絡計劃技術 2 1 項目管理概述 2 1 1 項目的定義和特點 項目一詞日益頻繁的出現在人們的經濟活動中 項目管理理念也日趨普及 作為項 目管理的對象 項目有著明確的含義 項目管理學會 PMI 對項目的定義是 為完成某 一獨特的產品或服務所做的臨時性性努力 比較具體的定義為 21 項目是指在一定的 約束條件下 主要是限定時間 限定資源 具有明確目標的一次性任務 項目是一項 特定的任務 是在特定的環(huán)境 時期 人員 組織結構下完成的 必須要在有限的資源 條件限制和規(guī)定的時期內完成 并且任務結果需要符合數量 質量和技術指標要求 中 國項目管理知識體系與國際項目管理專業(yè)資質認證標準 C PMBOK C NCB 認為 從 最廣泛的含義來講 項目是一個特殊的將被完成的有限任務 它是在一定的時間內 滿 足一系列特定目標的多項相關工作的總稱 項目的范疇可謂非常廣泛 大到衛(wèi)星 大橋的大型項目 小到商品的交易 都可以 看成項目 主要的 規(guī)范的項目大多是由一定的合同約定 職責明確 時間確定的各種 工程 開發(fā)或投資等行為 項目具有如下特征 1 一次性 項目不是一個重復的工作 而是為達成某種目的而進行的一次活動 有其明確的開始時間和完成時間 2 獨特性 每個項目都有其獨特的內容和不可再現的環(huán)境 沒有完全相同的項目 3 多目標明性 項目的總目標是唯一的 但完成這個項目 必須要要考慮到成本 質量和進度這三個要素 處理好三者的關系 這部分內容在后文有詳細論述 4 生命周期性 整個項目是有一個明確的生命周期的 包括它的準備 開始 實 施和結束階段 所有的活動都在有限的時間內完成 5 相互依賴性 項目組內的各個成員部門是有密切關系的 作用于共同的目標 完成不同的分工 彼此之間相互依賴 6 沖突性 項目的資源是有限的 各個部門之間在資源的使用上會發(fā)生競爭 爭 奪有限的資源 這需要管理者對有限的資源有較好的分配方法 本文正是針對 此而進行深入的研究 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 2 1 2 項目管理理論 項目管理的理念和方法起源于二次世界大戰(zhàn)結束以后 產生于 北極星 導彈計劃 等大型的軍事項目 隨著關鍵路徑法 CPM 和計劃評審技術 PERT 的廣泛應用而逐漸成 熟 項目管理的發(fā)展非常迅速 目前 已經廣泛應用到各行各業(yè)的實踐活動中 項目管理 Project Management PM 就是項目的管理者 在有限的資源約束下 運 用系統(tǒng)的觀點 方法和理論 對項目涉及的全部工作進行有效地管理 即從項目的投資 決策開始到項目結束的全過程進行計劃 組織 指 揮 協調 控制和評價 以實現項目的目標 22 項目管理是多個領域知識的綜合 是管理理 論 生產經驗和專業(yè)實踐的結合 通過圖 2 1 我們 可以看到 要想對項目進行完善的管理 需要具備 多方面的知識 必須要與實際的生產過程密切結合 23 由于項目管理涉及到整個項目在生命周期運 作過程中的方方面面 全面的管理著項目的各個環(huán)節(jié) 故項目管理的知識體系也是極其 復雜的 1996 年 美國管理學會發(fā)布了項目管理知識體系大綱 24 據此 把項目管理 分為項目整體管理 項目范圍管理 項目進度管理 項目成本管理 項目質量管理 項 目人力資源管理 項目溝通管理 項目風險管理和項目采購管理 如表 2 1 所示 圖 2 1 項目管理知識結構 項目管理的這九個部分相互依存 相互制約和相互影響 其最終的目標是在有限的 時間內 在預算的范圍內完成各項工作 同時要確保整個工程的質量 由于整個項目管 理的體系是極其復雜和龐大的 我們要從每一個方面對項目進行管理是一個很龐大的工 程 而我們所關注的要點是如何安排工作 分配任務 使得項目的進度在可控的范圍之 內 同時盡可能的縮短整個項目的工期 減小實施過程的風險 所以我們主要的工作就 是進行項目進度管理 本文的研究基本處于項目進度管理的理論和實際范疇之內 2 1 3 項目進度管理 項目的進度管理是制定合理的 經濟的進度計劃 使整個項目能夠在規(guī)定的時間內 完成 在執(zhí)行的過程中監(jiān)控項目的執(zhí)行情況 檢查實際進度是否按計劃進行 如果出現 偏差 找出原因采取必要的措施 保證項目能夠按時完成 9 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 表 2 1 項目管理主要內容 項 目 管 理 10 項 目 整 體 管 理 項 目 范 圍 管 理項 目 進 度 管 理 活 動 定 義 活 動 排 序 活 動 歷 時 估 算 進 度 計 劃 進 度 控 制 項 目 核 準 項 目 范 圍 規(guī) 劃 項 目 范 圍 定 義 項 目 范 圍 確 認 范 圍 變 更 控 制 項 目 計 劃 制 定 項 目 計 劃 實 施 綜 合 變 更 控 制 項 目 成 本 管 理 項 目 質 量 管 理 項 目 人 力 資 源 管 理 資 源 規(guī) 劃 成 本 估 算 成 本 預 算 成 本 控 制 質 量 規(guī) 劃 質 量 保 證 質 量 控 制 組 織 規(guī) 劃 人 員 招 聘 團 隊 建 設 項 目 風 險 管 理 項 目 溝 通 管 理項 目 采 購 管 理 風 險 管 理 規(guī) 劃 風 險 識 別 風 險 分 析 風 險 應 對 措 施 風 險 監(jiān) 控 采 購 規(guī) 劃 詢 價 與 招 標 供 方 選 擇 合 同 管 理 采 購 合 同 收 尾 溝 通 規(guī) 劃 信 息 傳 輸 績 效 報 告 管 理 收 尾 從表 2 2 可以看出 進度管理主要包含的內容有活動的定義 活動的排序 活動歷 時估算 進度計劃和進度控制 這同時也是進行進度管理的一個簡單的流程 我們逐一 介紹各部的工作內容 1 活動的定義 項目是一個紛繁復雜的整體 我們?yōu)榱朔奖愎芾?將項目按照其內在 結構或實施過程的順序進行逐層分解 分解成相對獨立的 內容單一的 易于成本 核算與檢查的工作單元 并把這些部分的工作職責進行明確 這就是我們常說的工 作分解結構 Work Breakdown Structure WBS WBS 不單是進度管理的基礎 在整 個項目管理中也有重要的地位 有了工作分解和活動定義 才能把不同的工作分給 對應的員工 才能明確工作范圍 各司其職 2 活動的排序 項目的各個工作單元之間存在著強烈的邏輯關系 后面工作是建立在 前面工作完成的基礎上來執(zhí)行的 而不能打亂這種順序 這就形成了網絡計劃中緊 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 前 緊后約束關系 這是不可改變的約束關系 在活動定義的基礎上把各個單元按照 緊前緊后關系聯系起來 形成網絡結構 這樣就可以使用網絡計劃進行管理 3 活動歷時估算 每項工作的執(zhí)行都需要消耗一定的時間 而這個時間的確定是一個 十分困難的問題 尤其是對于不是規(guī)范化生產的項目 例如本研究中的勞動密集型 企業(yè) 完成一項工作消耗的時間取決于工人的熟練程度和工作的狀態(tài) 所以不同工 人所需時間會有很大的差異 即使是同一名工人完成一項工作的時間也有差異 但 根據網絡計劃技術的要求 必須要對每一項工作的執(zhí)行時間有一個認識和界定 否 則整個項目的工期就無法確定 一般是對一項工作進行大量的實踐 求出統(tǒng)計規(guī)律 形成專家系統(tǒng) 來預計一項工作的執(zhí)行時間 關鍵路徑法把工作的時間看成一個固定 值 而計劃評審法則是把工作的持續(xù)時間看成一個時間范圍 服從Beta分布 并給 出三個估計值 最樂觀時間a 最可能時間m 悲觀時間b 通過三點估算求出平均 值 近似的工期為6 近似方差為6 在此基礎上進行 工作的安排 模糊網絡計劃 4 dam b 22 3ba 25 則是把工作時間認為是一個模糊數 活動時間的估算 與工作安排方法是密切相關的 對于持續(xù)時間有著怎樣的認識 就會有其對應的任 務分配方法 本研究是建立在關鍵路徑法基礎上的 把工作的持續(xù)時間看成是固定 值 具體方法后文有詳細介紹 4 進度計劃 進度計劃是對項目制定合理的計劃和工作日程 其主要安排不同工作的 執(zhí)行順序 使得項目的持續(xù)時間符合工期要求 這是整個進度管理中最重要的部分 也是本文討論的主要內容 最早人們用甘特圖的方法來制定項目的計劃 其后演變 為關鍵路徑法和計劃評審技術 CPM PERT 資源受限項目管理中 必須考慮資源的 約束 因此為不同的工作制定了不同的優(yōu)先級 確保項目中處于瓶頸的工作能夠順 利完成 不會因為資源的因素而推遲 5 進度控制 為了防止計劃在執(zhí)行過程中遇到意外 我們還要對計劃實時的監(jiān)控隨時 的調整 使得實際的工期在計劃之內 早期人們在制定計劃時并不考慮意外的發(fā)生 而是在發(fā)生突發(fā)事件時重新生成整個計劃 如果意外頻發(fā) 我們需要不停的制定新 的計劃 這樣工作量十分巨大 計劃動蕩不定 反而無法預計工程的工期 合適的 安排工作 而后人們采用動態(tài)窗口的方法動態(tài)生成計劃 26 一次只生成窗口大小的 計劃 窗口隨著時間的推移而滾動 計劃也隨著窗口的滾動而逐步完善 當緩沖區(qū) 的概念提出后 這方面的管理顯得更為簡單 只需要把不確定的時間都預留到緩沖 11 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 12 區(qū)內即可 在計劃變動的基礎上 還要建立應急機制 采取相應的行動 來消除故 障 同時考察意外對工期的影響 更改原來的執(zhí)行策略 加快執(zhí)行進度 把意外帶 來的影響降低至最小 項目能夠按期完成 2 2 網絡計劃技術 2 2 1 網絡計劃技術概述 在網絡計劃技術出現之前 人們用甘特圖 Gantt chart 來管理施工項目 這種方法以 各項工作的先后順序為依據 把工作的開始時間 結束時間和工作時間等參數 畫在時 間軸上 組成一張工程的執(zhí)行圖紙 便于管理人員考察整個項目的執(zhí)行情況 由于甘特 圖只是對工程執(zhí)行情況的展示 并沒揭示出不同工作之間的內在邏輯關系 故無法提供 計劃安排方面的幫助 但甘特圖簡單明了的展示了各項工作的進展情況 所以無論用何 種方法進行進度管理 其計算結果還是用甘特圖來表示 本文的計算結果亦是如此 1957 年 美國杜邦公司在化工項目的維修過程中首先使用了關鍵路徑法 使得停工 時間極大的縮短 取得了很好的效益 1958 年 美國海軍用計劃評審技術管理北極星導 彈計劃 處理各個分包商 供應商之前的復雜關系 使工期大為縮短 這些項目的成功 標志著網絡計劃技術的成熟 網絡計劃技術是在整個項目進行工作結構分解的基礎上 用網絡圖的形式把分解后 的工作聯系起來 建立明確的時間約束關系 通過關鍵路徑的計算和分析 對項目進行 安排和規(guī)劃 其思想是向關鍵路徑要時間 向非關鍵路徑要資源 關鍵路徑上的工作優(yōu) 先級別最高 最先開始執(zhí)行 而非關鍵路徑上的工作處于從屬地位 在關鍵路徑工作執(zhí) 行的間隙完成 根據網絡圖結構的不同 可以把網絡圖分為單代號網絡圖和雙代號網絡 圖 根據工作時間估算方法的不同 可以分為關鍵路徑法 CPM 和計劃評審技術 PERT 不同的方法有著不同的應用范圍 本文的網絡圖的結構式單代號網絡圖 工作時間的選 擇是關鍵路徑法 隨著計算機技術的發(fā)展 計算機深入到人們生活的各個角落 極大的改變了人們的 生活方式 也使得管理各種復雜 大型的工程項目成為了可能 也使得項目管理的方法 更加多樣化 應用范圍更加廣泛 出現了多種新穎的管理手段 如圖形評審技術 GERT 隨機網絡技術 QGERT 風險評審技術 VERT 直到最近的關鍵鏈法 CC 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 2 2 2 關鍵路徑法 用關鍵路徑法對項目進行優(yōu)化和管理 核心的步驟是求出整個網絡圖的關鍵路徑 因為關鍵路徑決定著整個項目的工期長短 同樣也決定著項目中工作的執(zhí)行順序 要想 縮短項目的工期 就必須要縮短關鍵路徑的長度 關鍵路徑其實是整個網絡圖中最長的 一條路徑 但事實上 我們并不是通過求路徑的長度計算關鍵路徑的 首先介紹網絡圖中的時間參數 一項工作的執(zhí)行情況如圖 2 2 所示 27 圖 2 2 活動時間軸 工序工期 D 進行此項工序所需要消耗的時間 在關鍵路徑法中 工序的工期是固 定的 無論在怎樣的條件下完成這項工序 所需要的時間是一定工序的開始時間和結束 時間的差值其實就是工序的執(zhí)行所需時間 就是項目的工期 工序最早開始時間 EST 緊前工作全部完成 并且資源可用的條件下 工序可能的 最早開始時間 項目首工序的最早開始 EST 0 工序的最早開始時間等于其緊前工作的 最早結束時間 如果該工序有多項緊前工作 則最早開始時間等于緊前工作集中最早結 束時間的最大值 1 max ii ESTEFT 工序最晚開始時間 LST 在不影響整個項目工期的前提下 工序可能的最晚開始時 間 工序最早結束時間 EFT 工序最早可能的結束時間 也就是在最早開始時間的情況 下 工序的結束時間 工序最晚結束時間 LFT 在不影響整個項目工期的前提下 工序可能的最晚結束時 間 最后一項工序的最早結束時間等于其最晚結束時間 一項工序的最晚結束時間等于 其緊后工序的最晚開始時間 如果該工序由多項緊后工序 則最晚結束時間等于緊后工 序集中最晚開始時間的最小值 1 min ii LFTLST 工序總時差 TF 即工序最早開始時間與最晚開始時間的差值 也就是工序在不 影響總工程的進度情況下 最多可擁有的自由時間 也就是說在總時差內開始工作 13 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 都不會影響項目的進度 在網絡計劃中 如果一項工序的總時差為零的 那么該工序位于關鍵路徑上 由總 時差為零工序組成的路徑即為項目的關鍵路徑 我們計算每一項工序最早開始時間和晚 開始時間 求取差值得到工序的總時差 并判斷其是否為零 把等于零的工序提出出來 我們就得到了項目的關鍵路徑 28 在 project 中建立一個項目 把每個工序的任務信息包括任務名稱 工期 開始時間 完成時間 前置任務和資源名稱 填入到對應的工作中 然后把任務的前置任務的序號 填寫正確 就可以建立一張網絡圖 建立完成網絡圖后 我們點擊視圖頁面 查看詳細 甘特圖 紅色部分所示就是項目的關鍵路徑 這種方法簡單易行 但效果并不是很好 而且缺乏與現有程序的互動方式 無法為后續(xù)的計算服務 故用 Matlab 編寫相應程序 實現網絡計劃關鍵路徑圖的繪制 其流程如圖 2 2 設最初工作開始時間為0 建立為待執(zhí)行工作集tc 正在執(zhí)行工作集td已完成工作集tf和時間集合ew 某工作的緊前工序的最早開始時間加上該工作的工期加入ew 求出ew的最大值 即為該工作的最早開始時間 Length tc td 0 是 該工作加入tf 移出td 后續(xù)工作加入tc ew清零 最后一項工序的最晚開始時間等于其最早開始時間 td 最后工序 tc 0 tf 0 某工作的緊后工作集的最晚開始時間減去某工作的工期加入ew 求出ew的最小值 即為某工作的最晚開始時間 是 該工作加入tf 移出td 后續(xù)工作加入tc ew清零 求出最早開始時間與最晚開始時間差為零的工序 否 否 Length tc td 0 圖 2 3 關鍵路徑法實現流程圖 14 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 2 2 3 網絡計劃技術主要弊端 網絡計劃技術作為經典項目管理的主要手段 給管理帶了極大的便利 有效的縮短 項目總工期 但在實際執(zhí)行的過程中 依然經常發(fā)生項目超期的問題 有統(tǒng)計表明 有 40 的項目無法按期完成 29 為什么我們用了先進的管理理念 P3 Project等管理軟件 依然會產生超期現象呢 主要是由于在進行項目安排 制定進度計劃過程中 并未考慮 實際執(zhí)行中可能遇到的問題 以及人們不可避免的心理因素 主要體現在以下幾個方面 1 學生綜合癥 如果老師給學生安排一篇論文的寫作任務 在三周之內完成 學生實際是怎么做的 呢 他會抓緊每一刻時間來寫作么 高特拉德告訴我們 學生并不會一開就開始寫作 而是拖到第三周才開始 然后盡量的趕工 如果出現一點意外 那么這個學生有可能就 無法按