多项目资源受限网络计划方法研究论文(PDF 62页).pdf

华中科技大学 硕士学位论文 多项目资源受限网络计划方法研究 姓名 时正伟 申请学位级别 硕士 专业 热能工程 指导教师 黄勇理 2011 01 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘要 企业的管理水平很大程度上影响着企业的经营状况 适合企业的管理模式会提高劳 动生产率 提高赢利水平 而不合适的管理模式则会阻碍企业的发展 在劳动密集型企 业中 工人的劳动状态决定着工作的持续时间 而人的行为习惯和心理因素又带来了很 多不确定性 如何管理工程的进度 使得项目在合同期内完成这个问题常常困扰着企业 管理者 当前常用的管理方法是关键路径法和计划评审技术 这种基于网络计划技术的 项目管理方法曾经为企业的进度管理和任务分配提供了理论基础 而随着柔性化等生产 要求的提出 项目要求工期控制更严格 投入资金更少 生产方式更灵活 传统的网络 计划技术已经无法满足当前的管理需求 基于约束理论的关键链项目管理技术的出现和 广泛应用 为解决了这一问题指明了方向 关键链项目管理与传统方法最大的区别在于考虑了资源的约束 把资源的约束附加 到工序约束上 通过缓冲区的设置和管理 减少管理中不确定因素和人为因素导致的工 期延期 本文是首先对关键链管理技术进行了详细的分析 结合国内外研究现状和实际需 要 使用启发式算法来寻找关键链 用 Matlab 工具编写了算法实现程序 取得了很好 的计算效果 使用根方差法来设置缓冲区 并给出了项目缓冲区和汇流缓冲区的设置方 法 针对于多项目的计算 提出了基于资源分配现状的方法设置产能缓冲 并通过考察 缓冲区消耗与项目进度的比例 改进现有缓冲区管理方法 对于劳动密集型企业的实际状况 本文对某企业的生产模式进行了详尽的分析 找 出整个生产流程的制约因素 即瓶颈 通过改善瓶颈 重新安排生产模式 提高生产效 率 并用 Project 项目管理软件建立单项目和多项目案例 用两种启发式方法进行计算 比较不同情况下的计算结果性能 给出了理论分析 本文的研究将会为企业的生产管理 提供理论依据 关键词关键词 资源受限调度 关键链项目管理 多项目管理 网络计划技术 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 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 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果 尽我所知 除文中已经标明引用的内容外 本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出 贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许 论文被查阅和借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文 保 密 在 年解密后适用本授权书 本论文 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 指导教师签名 日期 年 月 日 日期 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论 1 1 研究背景与意义 随着时代的发展 科技的进步 人们所从事的各项活动的规模越来越大 涉及到的 人员越来愈多 人员结构越来越复杂 工作时间要求更精确 资金的需求压力更大 单 纯的依靠管理人员个人的能力与经验 来管理复杂多变的项目已经不再可能 这要求人 们对于活动采用系统化的角度来看待 用科学的方法来进行管理 把科学更好的融入到 管理的过程中 自从泰勒 1911 年创立管理科学理论以来 1 人们渐渐的意识到了管理的重要性 开始使用各种方法来管理项目 管理科学取得了长足的发展 尤其是二十世纪五十年代以 后 项目管理的广泛应用和快速发展 使得管理科学迈上了新的台阶 美国最先把项目 管理的方法运用到了军事等大型的工程的管理过程中 并取得了很好的效果 关键路径 法 Critical Path Method CPM 和计划评审技术 Performance Evaluation and Review Techniques PERT 相继出现 为项目管理奠定了理论基础 由于这两种方法有相同的理 论基础和方法目标 被合称为关键路径法CPM PERT 1965 年 著名数学家华罗庚 2 首先在我国推广网络计划方法 并把这些理论运用到 生产调度和计划安排当中 取得了巨大的成功 用结构化的思路来分解复杂的工程项目 并对项目中不同紧迫程度的工作安排不同的执行顺序 使得最重要的工作最先完成 把 任务分配这一原本依靠管理者经验 个人能力来完成的工作用更为科学的方法进行管理 和实施 缩短了平均项目的工期 提高了项目可行性 确保了项目施工的质量 节约了 项目资源 增强了项目进度的控制力度 提高了工作效率 降低了项目的成本和费用 为我国的经济发展起到了不可磨灭的贡献 可以说 我国在工程项目施工领域取得的进 展 是建立在网络计划方法的发展之上的 随着信息技术的发展 生产技术的提高 尤其是柔性化制造的概念的提出和流行 对制造行业提出了更高的要求 要求企业能够更快的适应市场的变化 以更小的代价 使用更有限的资源来实现更加灵活多样化的生产 这对于当前使用的网络计划方法提出 了巨大的挑战 因为无论是 CPM 还是 PERT 方法 都是建立在不考虑资源约束 仅仅 考虑整个项目的时间结构的前提下 对生产的进行安排和调度 而这与柔性化的要求是 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 直接冲突的 在现实的生产环境中 资源总是有限的 使用的资源越多 消耗的费用越 多 因此资源不是无限的 这就导致了项目的执行计划因为资源的限制而被打乱 项目 无法在计划工期内完成 从而使的网络计划的实际效果大打折扣 这样所导致的问题有 项目超期 资源的利用率低 项目的成本高 这些问题是由于网络计划技术的理论体系 无法真实反映生产的实际情况所导致的 需要更加先进的管理理念来解决这些问题 资源约束项目调度问题 Resource constrained project scheduling problem RCPSP 的 提出和被广泛的关注 正是人们对于资源的分配和运用更加重视的结果 这种类型的调 度项目问题 不单单考虑时间的约束 而且考虑了资源的约束 在合理利用有限资源的 前提下实现预期目标的最优化 3 有限的资源的使用情况 特别是一些核心资源 多工 作共享资源 这些资源使用情况是不是很合理 是否优先用来完成关键工作 是否存在 浪费 是否超出了系统可用数量 会对整个项目的执行情况产生很大的影响 以色列物理学家Eli Goldratt在 The goal 4 一书中首先提出了约束理论 Theory Of Constraint TOC 该方法为资源受限的管理带来了契机 他认为 影响整个项目的效率 的是某些关键的环节 称为系统的瓶颈 只有不断的改进瓶颈的使用情况 才能改善整 个项目的执行情况 随后 Goldratt又完成了 It s Not Luck 和 The Critical Chain 两 书 进一步完善了TOC思想 并把TOC思想用于了项目管理的过程中 形成了关键链项 目管理 Critical Chain Project Management CCPM 方法 关键链项目管理以关键链 Critical Chain CC 取代了关键路径作为安排工作的标准 关键链是在关键路径的基础上加入对于资源的要求 结合资源的限制生成更符合实际情 况的调度方案 同时把活动执行过程中的安全时间提取出来 集中起来形成缓冲区 从 而减少学生综合症 墨菲现象等因为人们的心理因素和分工不明确而带来的时间上的延 误 随着对于CCPM研究的深入 人们对于CCPM的认识越来越全面 实现方法也趋于 多样化 CCPM成为解决资源受限项目调度的重要方法 在一些欧美发达国家 CCPM 已经取得了广泛的应用 5 而在我国 这方面的研究刚处于起步阶段 距离实际的应用 还有一定的距离 而CCPM对我国项目管理水平提高有很重要的价值 因此这方面的研 究有着广阔的研究背景 有重大的理论意义和实际意义 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 1 2 课题应用背景 本研究所做的工作是针对某电气成套设备企业的实际生产场景进行的 成套配电企 业的产品为低压配电设备 把高压线路的电压转化为中低压用电 并进行保护和分配 成套配电设备的类型包括高压类变电柜 低压类变电柜 箱式变电站 三箱及智能电网 自动化设备等产品 无论是低压还是高压产品 在应用中总是组合在一起使用 也经常 是以几个柜子为整体进行生产和销售的 故我们以一个成套的产品作为管理的对象 此 类型的企业是典型的劳动密集型企业 其工作流程相对固定 有较强的结构性和严格的 先后顺序 同时涉及的人员也较多 人力资源的管理是否高效 生产的安排是否优化 将会直接影响到企业的经济效益 所以必须重视企业的管理 企业所进行的生成活动主要是元件的机加工和装配 机械化程度较低 主要由工人 手工完成 手工劳动并不是一个规范化的生产 它有着很多不确定性的因素和不可预知 的因素 生产中最重要的要素工作时间就是无法确定的 所以这种生产与 Job shop 类型 的机械化生产有着本质的区别 Job shop 的方法在本项目中也无法使用 一项工作的持 续时间受工人的工作状态 资源使用状况和其他多种外界条件的影响 单单是完全准确 地预计一项工作的工时就是一个很困难的事情 更何况在此基础上进行的各种生产的调 配和人员的安排 因此并没有一个完全解决此类问题的科学理论 当前企业并没有一套很完善科学的生产管理方法 这项工作主要由车间主任依靠个 人经验来完成 他在安排生产的过程中并没有考虑资源的约束和对整个结构的影响 仅 仅依照工作流程把不同的工作分配给不同的员工 我们可以把这样的管理归为 CPM 网 络管理 但比 CPM 管理还要缺乏对关键路径的认识和保护 还不是一个完备的 CPM 管 理体系 因此 当前生产安排和调度计划中存在以下问题 1 生产超期 这是生产管理中遇到的最严重的问题 管理者并没有对每个具体的工作环节制定具 体的时间计划 没有明确要求某一项工作在什么时间完成 工人并没有很强的时间观念 做一项工作所用的时间是由他的工作状态和当时的生产情况确定 当员工身体状态不 好 工作效率低下时 极有可能导致某一项工作的执行时间超过预期 却没有相关补救 措施来弥补 所以整个项目执行的不确定性很大 在工作任务繁重时 频繁的需要员工 加班工作 对于不同的工作并没有不同的划分 瓶颈工作和瓶颈资源的概念并没有提出 瓶颈利用率是非常低的 常常因为等待不重要工作而处于空闲状态 这样的管理方式很 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 不科学 整个项目工期没有准确的预计和严格的控制 经常会发生超期 2 资源利用率低 由于安排工作的时候并没有考虑到它们是否使用资源 资源是否可用 也没有确定 不同的工作使用资源的优先级 所以多项工作同时使用某一项资源时 需要通过竞争来 获得使用权 可能存在这不恰当的竞争 使得资源并没有合理利用 当工期紧张任务繁 重时 或大家工作进度相同时 都需要使用有限的资源 资源无法满足生产的需求 为 了确保生产按期完成 需要加大投放的资源数量 当度过这一段资源紧张时期后 各项 工作都不再使用资源 资源又会处于空闲状态 这样资源的利用数量并不平均合理 利 用率有限 即使投入大量的资源也得不到应有的效果 最为典型的例子是车间内的数控 折弯机 由于数量有限 只有几台 而每一台柜子的生产都需要 所以经常在某一时段 机器不够用 而另一时段却无人使用 3 工人等待时间长 当前任务的分配有着很大的随机性 并没有完善的计划体系 工人的工作安排常常 是不恰当的 当工作进入交叉节点时 前面工作可能未完成 而安排工人在此时段进行 加工 那么工人只能等待紧前工序的完成 或者资源因为并不可用 导致工作需要暂停 工人处于等待状态 这个等待时间经常会等待很久 虽然工人的工作时间很长 但工人 实际在工作的时间却很短 有效工作时间与工作时间不成比例 当前的做法是当工人等 待时 转而进行其他柜子的工作 这可能会导致原来工作的拖延 这实际上就是把等待 延后 并没有根本解决等待的问题 反而会导致执行顺序的乱混和工期的拖延 4 资源的需求量大 这个问题原因产生于第二点 当工期逼近 而工作的实际进度并没有很好的跟上的 时候 为了赶进度 必须要投入更加大量的人力和物力资源 延长工作时间 这些其实 并不是需要的 而是计划不完善带来的恶果 这对企业的资金链要求更高 这与我们的 目标是冲突的 这种种的问题导致的最终结果是 工厂并没发挥完全的生产潜能 生产率不高 如 果能够改进计划 同一时间内产品的产量会增加 所需要的资源量会减少 为此 我们 用关键链项目管理的方法来管理该企业的项目调度管理工作 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 1 3 国内外研究现状 国内外对于关键链项目管理方法的研究始于 1997 年 高德拉特在 关键链 一书 中把约束思想引入项目管理的实践中来 开启了管理学新的方向 他最先意识到资源的限制对整个项目执行过程的约束和影响 把资源约束提高到工 作固有的时间约束关系的层次上 把资源约束与 CPM PERT 中的关键路径结合起来 形 成关键链 以此作为安排工程进度的依据 并考虑了人们在实际工作中可能产生种种心 理活动 如学生综合症 墨菲定律等 秉承 项目各个局部工作最优并不是最优 只有 整个项目最优才是最优 的思想 提出了把项目的安全时间从各个工作的提取出来 汇 集到一起 形成整个项目的安全时间 称为缓冲区 他把每个工作的工作时间削减至 50 概率完成工作的时间 并把每个工作因此而削减的时间集中起来 累计到缓冲区当中 这种方法是缓冲区设置最原始的方法 后来被人们发展为剪贴法 其后众多的学者投入到关键链项目管理的研究中 努力把这项研究推广到更多的范 围和更具体的实际情况中 但并没有技术性很强的理论和适用性很好的方法 没有形成 统一的结论 当前主要的研究方向和热点是 关键链求解方法和缓冲区的设置 用CCPM 进行实际项目的管理 首先要确定项目的关键链 由于问题的规模会随着工作数目的增 加呈几何级数的增长 此类型的问题并没有多项式时间的解法 是NP难问题 6 无法用 解析方法求解 所以现在的求解方法主要为启发式方法和智能方法 不同的方法有的计 算步骤不同 其效果也不同 众多学者从事着这方面的研究 另一个热点是缓冲区的设 置 7 由于缓冲区的大小和位置与整个项目的实际执行情况密切相关 直接关系到整个 项目的工期 当前的主要研究方法是建立一个模拟的项目 并设置相关的参数 用Crystal Ball软件来实现蒙特卡洛方法 8 的仿真 然后观察缓冲区能够在多大程度上满足不同的 工况数据 如果能够很好的适应不同情况 则说明该缓冲区方法优秀 Hoel 9 通过蒙特卡罗实验计算实际的案例 得出缓冲区的设置方法 他认为项目的 缓冲区的大小设定与项目按照计划完成的概率有关 输入缓冲区的大小可也为工作的自 由时间 Kolisch 10 把调度分为了串行调度机制 SSS 和并行调度机制 PSS 串行调度机制以 任务为任务目标 并行调度机制以时间为任务目标 其解的结构形式也有所不同 在此 基础上 他比较了不同情况下两种方法的解的情况 这项研究这对于选择不同的方法有 着指导意义 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Hartmann 11 选择了智能邻域搜索法中的遗传算法作为求解资源受限问题的方法 用 随机键和优先规则来表示算法 用串行机制生成遗传算子 用启发式方法生成一个初始 解 通过一定代数的遗传操作生成最后的近似最优解 6 的 2002 年 万伟和蔡晨 12 13 分析了在一种资源约束的情况下 用ACTIM启发式算法 求出关键链 并提出了一种基于弹性系数K缓冲区计算方法 项目缓冲 m B mmm B m B PBbaK 汇流缓冲 mmm B m C FBbK a 并用一个实例验证了这种方 法的性能 其后 他们又把这种方法推广到两种资源受限的情况下 他们的案例虽然很 简单 并不能很好的说明问题 但这种方法却产生了深远的影响 很多人使用这种方法 来进行缓冲区的设置 白思俊 14 15 16 通过多年的研究 对常有的启发式方法进行比较分析 他先把 30 多种常用的启发式方法进行分类比较 介绍了各自的特点 然后通过工期比率 比率和 差值率三项度量指标来考核各种方法的实际效果 并研究了它们的回归曲线方程 他的 研究结果对我们在工作中如何选择启发式方法和确定不同方法性能有着指导意义 刘士新等 17 18 总结现有的研究现状 用启发式规则生产关键链 并解决PSPLIB 19 中的算例作为对方法的验证 他们用基于优先规则的启发式方法生成工期最小的近似方 法 然后按照一定的移动规则生成半积极调度计划 最后比较计划中最晚 最早开始时间 来识别关键链 他们的缓冲区设置方法也有创新之处 缓冲区的大小 min jki BSb r cf 为工作的自由时间 为工作用跟方差方法计算的缓冲区 他们最大的贡献是考虑 了在制品数量 Work In Process WIP 这个因素 虽然很多的研究都把降低在制品水平作 为内在的技术需求 但并没有明确的方法和具体的行动 刘等人并把这个因素作为了目 标函数的一部分加以考虑 这使得CCPM的方法更具理论价值和实际意义 k b i rcf 杨雪松 胡昊分 20 析了传统项目管理的级联效应 多任务工作和行为效应的问题 提出了五步骤法关键链管理方法 并把关键链调度 同步化 缓冲管理应用于多项目管 理 并建立了实际案例 用虚拟方法进行了求解 该文中的对多个项目的处理方法值得 我们借鉴 1 4 论文主要内容 本文所涉及内容是建立在某电力生产企业的基础之上的 所进行各项研究都是为了 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 7 安排在实际生产中遇到的问题 目的是结合实际的资源情况对原有的生产调度进行优化 和改进 使得编排的生产计划更加符合实际情况 可用性更好 可行性更高 取得好的 实际效果 改善企业的生产效率 增加企业的收益 基于此种原则 我在研究方法的选择上进行了一定的取舍 即选择最实用 最符合 生产情况的方法 而不是选择技术上最优的方法 目前关键链项目管理的理论和方法正 处于研究之中 虽然有很多形式不同内容新颖的科学方法的提出 但实际并没有可以遵 循的可以解决各种问题的方法和路子 各种理论都有其优势和用武之地 但也面临着实 际应用的考验 在机械制造领域 由于工作时间相对固定 流程简单 人们的研究比较 深入 已经有一些商业的软件开始应用 并且取得了一定的效果 但在劳动密集型企业 情况要复杂的多 本研究首先考察企业的生产状况 对现有的生产模式进行分析 结合约束思想对生 产模式进行了改进 重新划分员工的职责 对项目的基本流程进行概况 建立网络计划 在网络计划方法的基础上 对资源进行了分类 考虑相应资源约束 用启发式方法生成 关键链调度方法 并比较不同启发方法所得结果的优劣 分析产生这样结果的深层理论 原因 此部分功能主要是通过作者编写的 Matlab 程序实现的 这也是本研究向实际应 用所做的贡献 并对多项目的管理方法加以讨论 用多项目结合的案例进行分析 最后 选择合适的缓冲区方法进行设置 本文共分为五章 第一章介绍了本文的研究背景 研究的意义 所面临的实际生产状况和需要 对国 内外的方法和研究现状进行了综述和讨论 确定了研究的思路和技术路线 第二章描述了网络计划技术的理念和理论基础 分析关键路径法的主要弊端 提出 关键链方法 并对此方法进行详细的描述和分析 给出实现关键链方法的具体步骤 以 及缓冲区设置及管理方法 第三章分析了实际企业的管理方法 对现有的生产模式进行改变 建立从实际中抽 象出来的案例 用 Matlab 编程实现关键链管理 第四章建立了单项目案例和多任务案例 分别用两种方法进行任务安排 比较两种 方法的优劣 分析其理论原因 最后给出缓冲区设置方法 第五章总结全文 对以后的发展做出展望 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 2 项目管理及网络计划技术 2 1 项目管理概述 2 1 1 项目的定义和特点 项目一词日益频繁的出现在人们的经济活动中 项目管理理念也日趋普及 作为项 目管理的对象 项目有着明确的含义 项目管理学会 PMI 对项目的定义是 为完成某 一独特的产品或服务所做的临时性性努力 比较具体的定义为 21 项目是指在一定的 约束条件下 主要是限定时间 限定资源 具有明确目标的一次性任务 项目是一项 特定的任务 是在特定的环境 时期 人员 组织结构下完成的 必须要在有限的资源 条件限制和规定的时期内完成 并且任务结果需要符合数量 质量和技术指标要求 中 国项目管理知识体系与国际项目管理专业资质认证标准 C PMBOK C NCB 认为 从 最广泛的含义来讲 项目是一个特殊的将被完成的有限任务 它是在一定的时间内 满 足一系列特定目标的多项相关工作的总称 项目的范畴可谓非常广泛 大到卫星 大桥的大型项目 小到商品的交易 都可以 看成项目 主要的 规范的项目大多是由一定的合同约定 职责明确 时间确定的各种 工程 开发或投资等行为 项目具有如下特征 1 一次性 项目不是一个重复的工作 而是为达成某种目的而进行的一次活动 有其明确的开始时间和完成时间 2 独特性 每个项目都有其独特的内容和不可再现的环境 没有完全相同的项目 3 多目标明性 项目的总目标是唯一的 但完成这个项目 必须要要考虑到成本 质量和进度这三个要素 处理好三者的关系 这部分内容在后文有详细论述 4 生命周期性 整个项目是有一个明确的生命周期的 包括它的准备 开始 实 施和结束阶段 所有的活动都在有限的时间内完成 5 相互依赖性 项目组内的各个成员部门是有密切关系的 作用于共同的目标 完成不同的分工 彼此之间相互依赖 6 冲突性 项目的资源是有限的 各个部门之间在资源的使用上会发生竞争 争 夺有限的资源 这需要管理者对有限的资源有较好的分配方法 本文正是针对 此而进行深入的研究 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 1 2 项目管理理论 项目管理的理念和方法起源于二次世界大战结束以后 产生于 北极星 导弹计划 等大型的军事项目 随着关键路径法 CPM 和计划评审技术 PERT 的广泛应用而逐渐成 熟 项目管理的发展非常迅速 目前 已经广泛应用到各行各业的实践活动中 项目管理 Project Management PM 就是项目的管理者 在有限的资源约束下 运 用系统的观点 方法和理论 对项目涉及的全部工作进行有效地管理 即从项目的投资 决策开始到项目结束的全过程进行计划 组织 指 挥 协调 控制和评价 以实现项目的目标 22 项目管理是多个领域知识的综合 是管理理 论 生产经验和专业实践的结合 通过图 2 1 我们 可以看到 要想对项目进行完善的管理 需要具备 多方面的知识 必须要与实际的生产过程密切结合 23 由于项目管理涉及到整个项目在生命周期运 作过程中的方方面面 全面的管理着项目的各个环节 故项目管理的知识体系也是极其 复杂的 1996 年 美国管理学会发布了项目管理知识体系大纲 24 据此 把项目管理 分为项目整体管理 项目范围管理 项目进度管理 项目成本管理 项目质量管理 项 目人力资源管理 项目沟通管理 项目风险管理和项目采购管理 如表 2 1 所示 图 2 1 项目管理知识结构 项目管理的这九个部分相互依存 相互制约和相互影响 其最终的目标是在有限的 时间内 在预算的范围内完成各项工作 同时要确保整个工程的质量 由于整个项目管 理的体系是极其复杂和庞大的 我们要从每一个方面对项目进行管理是一个很庞大的工 程 而我们所关注的要点是如何安排工作 分配任务 使得项目的进度在可控的范围之 内 同时尽可能的缩短整个项目的工期 减小实施过程的风险 所以我们主要的工作就 是进行项目进度管理 本文的研究基本处于项目进度管理的理论和实际范畴之内 2 1 3 项目进度管理 项目的进度管理是制定合理的 经济的进度计划 使整个项目能够在规定的时间内 完成 在执行的过程中监控项目的执行情况 检查实际进度是否按计划进行 如果出现 偏差 找出原因采取必要的措施 保证项目能够按时完成 9 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 表 2 1 项目管理主要内容 项 目 管 理 10 项 目 整 体 管 理 项 目 范 围 管 理项 目 进 度 管 理 活 动 定 义 活 动 排 序 活 动 历 时 估 算 进 度 计 划 进 度 控 制 项 目 核 准 项 目 范 围 规 划 项 目 范 围 定 义 项 目 范 围 确 认 范 围 变 更 控 制 项 目 计 划 制 定 项 目 计 划 实 施 综 合 变 更 控 制 项 目 成 本 管 理 项 目 质 量 管 理 项 目 人 力 资 源 管 理 资 源 规 划 成 本 估 算 成 本 预 算 成 本 控 制 质 量 规 划 质 量 保 证 质 量 控 制 组 织 规 划 人 员 招 聘 团 队 建 设 项 目 风 险 管 理 项 目 沟 通 管 理项 目 采 购 管 理 风 险 管 理 规 划 风 险 识 别 风 险 分 析 风 险 应 对 措 施 风 险 监 控 采 购 规 划 询 价 与 招 标 供 方 选 择 合 同 管 理 采 购 合 同 收 尾 沟 通 规 划 信 息 传 输 绩 效 报 告 管 理 收 尾 从表 2 2 可以看出 进度管理主要包含的内容有活动的定义 活动的排序 活动历 时估算 进度计划和进度控制 这同时也是进行进度管理的一个简单的流程 我们逐一 介绍各部的工作内容 1 活动的定义 项目是一个纷繁复杂的整体 我们为了方便管理 将项目按照其内在 结构或实施过程的顺序进行逐层分解 分解成相对独立的 内容单一的 易于成本 核算与检查的工作单元 并把这些部分的工作职责进行明确 这就是我们常说的工 作分解结构 Work Breakdown Structure WBS WBS 不单是进度管理的基础 在整 个项目管理中也有重要的地位 有了工作分解和活动定义 才能把不同的工作分给 对应的员工 才能明确工作范围 各司其职 2 活动的排序 项目的各个工作单元之间存在着强烈的逻辑关系 后面工作是建立在 前面工作完成的基础上来执行的 而不能打乱这种顺序 这就形成了网络计划中紧 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 前 紧后约束关系 这是不可改变的约束关系 在活动定义的基础上把各个单元按照 紧前紧后关系联系起来 形成网络结构 这样就可以使用网络计划进行管理 3 活动历时估算 每项工作的执行都需要消耗一定的时间 而这个时间的确定是一个 十分困难的问题 尤其是对于不是规范化生产的项目 例如本研究中的劳动密集型 企业 完成一项工作消耗的时间取决于工人的熟练程度和工作的状态 所以不同工 人所需时间会有很大的差异 即使是同一名工人完成一项工作的时间也有差异 但 根据网络计划技术的要求 必须要对每一项工作的执行时间有一个认识和界定 否 则整个项目的工期就无法确定 一般是对一项工作进行大量的实践 求出统计规律 形成专家系统 来预计一项工作的执行时间 关键路径法把工作的时间看成一个固定 值 而计划评审法则是把工作的持续时间看成一个时间范围 服从Beta分布 并给 出三个估计值 最乐观时间a 最可能时间m 悲观时间b 通过三点估算求出平均 值 近似的工期为6 近似方差为6 在此基础上进行 工作的安排 模糊网络计划 4 dam b 22 3ba 25 则是把工作时间认为是一个模糊数 活动时间的估算 与工作安排方法是密切相关的 对于持续时间有着怎样的认识 就会有其对应的任 务分配方法 本研究是建立在关键路径法基础上的 把工作的持续时间看成是固定 值 具体方法后文有详细介绍 4 进度计划 进度计划是对项目制定合理的计划和工作日程 其主要安排不同工作的 执行顺序 使得项目的持续时间符合工期要求 这是整个进度管理中最重要的部分 也是本文讨论的主要内容 最早人们用甘特图的方法来制定项目的计划 其后演变 为关键路径法和计划评审技术 CPM PERT 资源受限项目管理中 必须考虑资源的 约束 因此为不同的工作制定了不同的优先级 确保项目中处于瓶颈的工作能够顺 利完成 不会因为资源的因素而推迟 5 进度控制 为了防止计划在执行过程中遇到意外 我们还要对计划实时的监控随时 的调整 使得实际的工期在计划之内 早期人们在制定计划时并不考虑意外的发生 而是在发生突发事件时重新生成整个计划 如果意外频发 我们需要不停的制定新 的计划 这样工作量十分巨大 计划动荡不定 反而无法预计工程的工期 合适的 安排工作 而后人们采用动态窗口的方法动态生成计划 26 一次只生成窗口大小的 计划 窗口随着时间的推移而滚动 计划也随着窗口的滚动而逐步完善 当缓冲区 的概念提出后 这方面的管理显得更为简单 只需要把不确定的时间都预留到缓冲 11 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 12 区内即可 在计划变动的基础上 还要建立应急机制 采取相应的行动 来消除故 障 同时考察意外对工期的影响 更改原来的执行策略 加快执行进度 把意外带 来的影响降低至最小 项目能够按期完成 2 2 网络计划技术 2 2 1 网络计划技术概述 在网络计划技术出现之前 人们用甘特图 Gantt chart 来管理施工项目 这种方法以 各项工作的先后顺序为依据 把工作的开始时间 结束时间和工作时间等参数 画在时 间轴上 组成一张工程的执行图纸 便于管理人员考察整个项目的执行情况 由于甘特 图只是对工程执行情况的展示 并没揭示出不同工作之间的内在逻辑关系 故无法提供 计划安排方面的帮助 但甘特图简单明了的展示了各项工作的进展情况 所以无论用何 种方法进行进度管理 其计算结果还是用甘特图来表示 本文的计算结果亦是如此 1957 年 美国杜邦公司在化工项目的维修过程中首先使用了关键路径法 使得停工 时间极大的缩短 取得了很好的效益 1958 年 美国海军用计划评审技术管理北极星导 弹计划 处理各个分包商 供应商之前的复杂关系 使工期大为缩短 这些项目的成功 标志着网络计划技术的成熟 网络计划技术是在整个项目进行工作结构分解的基础上 用网络图的形式把分解后 的工作联系起来 建立明确的时间约束关系 通过关键路径的计算和分析 对项目进行 安排和规划 其思想是向关键路径要时间 向非关键路径要资源 关键路径上的工作优 先级别最高 最先开始执行 而非关键路径上的工作处于从属地位 在关键路径工作执 行的间隙完成 根据网络图结构的不同 可以把网络图分为单代号网络图和双代号网络 图 根据工作时间估算方法的不同 可以分为关键路径法 CPM 和计划评审技术 PERT 不同的方法有着不同的应用范围 本文的网络图的结构式单代号网络图 工作时间的选 择是关键路径法 随着计算机技术的发展 计算机深入到人们生活的各个角落 极大的改变了人们的 生活方式 也使得管理各种复杂 大型的工程项目成为了可能 也使得项目管理的方法 更加多样化 应用范围更加广泛 出现了多种新颖的管理手段 如图形评审技术 GERT 随机网络技术 QGERT 风险评审技术 VERT 直到最近的关键链法 CC 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 2 2 关键路径法 用关键路径法对项目进行优化和管理 核心的步骤是求出整个网络图的关键路径 因为关键路径决定着整个项目的工期长短 同样也决定着项目中工作的执行顺序 要想 缩短项目的工期 就必须要缩短关键路径的长度 关键路径其实是整个网络图中最长的 一条路径 但事实上 我们并不是通过求路径的长度计算关键路径的 首先介绍网络图中的时间参数 一项工作的执行情况如图 2 2 所示 27 图 2 2 活动时间轴 工序工期 D 进行此项工序所需要消耗的时间 在关键路径法中 工序的工期是固 定的 无论在怎样的条件下完成这项工序 所需要的时间是一定工序的开始时间和结束 时间的差值其实就是工序的执行所需时间 就是项目的工期 工序最早开始时间 EST 紧前工作全部完成 并且资源可用的条件下 工序可能的 最早开始时间 项目首工序的最早开始 EST 0 工序的最早开始时间等于其紧前工作的 最早结束时间 如果该工序有多项紧前工作 则最早开始时间等于紧前工作集中最早结 束时间的最大值 1 max ii ESTEFT 工序最晚开始时间 LST 在不影响整个项目工期的前提下 工序可能的最晚开始时 间 工序最早结束时间 EFT 工序最早可能的结束时间 也就是在最早开始时间的情况 下 工序的结束时间 工序最晚结束时间 LFT 在不影响整个项目工期的前提下 工序可能的最晚结束时 间 最后一项工序的最早结束时间等于其最晚结束时间 一项工序的最晚结束时间等于 其紧后工序的最晚开始时间 如果该工序由多项紧后工序 则最晚结束时间等于紧后工 序集中最晚开始时间的最小值 1 min ii LFTLST 工序总时差 TF 即工序最早开始时间与最晚开始时间的差值 也就是工序在不 影响总工程的进度情况下 最多可拥有的自由时间 也就是说在总时差内开始工作 13 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 都不会影响项目的进度 在网络计划中 如果一项工序的总时差为零的 那么该工序位于关键路径上 由总 时差为零工序组成的路径即为项目的关键路径 我们计算每一项工序最早开始时间和晚 开始时间 求取差值得到工序的总时差 并判断其是否为零 把等于零的工序提出出来 我们就得到了项目的关键路径 28 在 project 中建立一个项目 把每个工序的任务信息包括任务名称 工期 开始时间 完成时间 前置任务和资源名称 填入到对应的工作中 然后把任务的前置任务的序号 填写正确 就可以建立一张网络图 建立完成网络图后 我们点击视图页面 查看详细 甘特图 红色部分所示就是项目的关键路径 这种方法简单易行 但效果并不是很好 而且缺乏与现有程序的互动方式 无法为后续的计算服务 故用 Matlab 编写相应程序 实现网络计划关键路径图的绘制 其流程如图 2 2 设最初工作开始时间为0 建立为待执行工作集tc 正在执行工作集td已完成工作集tf和时间集合ew 某工作的紧前工序的最早开始时间加上该工作的工期加入ew 求出ew的最大值 即为该工作的最早开始时间 Length tc td 0 是 该工作加入tf 移出td 后续工作加入tc ew清零 最后一项工序的最晚开始时间等于其最早开始时间 td 最后工序 tc 0 tf 0 某工作的紧后工作集的最晚开始时间减去某工作的工期加入ew 求出ew的最小值 即为某工作的最晚开始时间 是 该工作加入tf 移出td 后续工作加入tc ew清零 求出最早开始时间与最晚开始时间差为零的工序 否 否 Length tc td 0 图 2 3 关键路径法实现流程图 14 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 2 3 网络计划技术主要弊端 网络计划技术作为经典项目管理的主要手段 给管理带了极大的便利 有效的缩短 项目总工期 但在实际执行的过程中 依然经常发生项目超期的问题 有统计表明 有 40 的项目无法按期完成 29 为什么我们用了先进的管理理念 P3 Project等管理软件 依然会产生超期现象呢 主要是由于在进行项目安排 制定进度计划过程中 并未考虑 实际执行中可能遇到的问题 以及人们不可避免的心理因素 主要体现在以下几个方面 1 学生综合症 如果老师给学生安排一篇论文的写作任务 在三周之内完成 学生实际是怎么做的 呢 他会抓紧每一刻时间来写作么 高特拉德告诉我们 学生并不会一开就开始写作 而是拖到第三周才开始 然后尽量的赶工 如果出现一点意外 那么这个学生有可能就 无法按