基于關(guān)鍵鏈技術(shù)（CCM）的船舶設(shè)計項目管理模型

蘇凌茹 張楠 左小德

摘? ? 要：本文依據(jù)關(guān)鍵鏈技術(shù)（CCM），對船舶設(shè)計項目進度計劃與控制進行優(yōu)化。通過介紹船舶設(shè)計模式、流程和進度計劃體系，對船舶設(shè)計項目的特點和主要問題進行歸納，提出了CCM在船舶設(shè)計領(lǐng)域運用的關(guān)鍵點;結(jié)合對船舶設(shè)計項目進度管理的需求分析，建立了基于CCM的船舶設(shè)計項目進度管理模型;并結(jié)合船舶設(shè)計工作的實際需求，提出了關(guān)鍵鏈識別、緩沖區(qū)設(shè)置、緩沖區(qū)管理的具體方法;通過實例驗證了模型設(shè)計的有效性和CCM在船舶設(shè)計項目管理中的優(yōu)勢，豐富了船舶設(shè)計項目管理理論體系，為具有類似特點的項目進度管理提供一定參考。

關(guān)鍵詞：項目進度管理;關(guān)鍵鏈技術(shù);船舶設(shè)計

中圖分類號：U673.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： Based on the critical chain method （CCM）， the ship design project scheduling and control optimization model is established. By introducing the ship design mode， process and schedule planning system， the characteristics and main problems of the ship design project are summarized， the key points of CCM application in ship design field are put forward， and the ship design project scheduling management model based on CCM is established in combination with the demand analysis of ship design project scheduling management. Combined with the actual needs of ship design， the specific methods of key chain identification and buffer zone setting are proposed. The effectiveness of the model design and the advantages of CCM in ship design project management are verified by an example， which enriches the theoretical system of ship design project management and provides some references for project scheduling management with similar characteristics.

Key words： Project scheduling management; CCM; Ship design

1? ? ?引言

船舶設(shè)計是船舶配套和船舶制造的主要依據(jù)。國內(nèi)大型船舶企業(yè)為了提升企業(yè)競爭力，正大力發(fā)展船舶設(shè)計的數(shù)字化、信息化，提升設(shè)計效率和管理水平。目前，我國船舶制造企業(yè)中先進的項目管理理念和技術(shù)還比較薄弱，憑經(jīng)驗策劃的現(xiàn)象還普遍存在。在落后的進度管理現(xiàn)狀與市場需求產(chǎn)生矛盾的關(guān)鍵時期，通過運用現(xiàn)代化的項目管理理論和技術(shù)，引導(dǎo)企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計向規(guī)范有序的管理方向發(fā)展，是船舶企業(yè)應(yīng)著重考慮的問題之一。

2? ? CCM的基本概念和相關(guān)研究

2.1? CCM的基本思想

CCM是由Goldratt的約束理論發(fā)展而來，是一種根據(jù)有限的資源來調(diào)整項目進度計劃的網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)。其基本思想是：根據(jù)持續(xù)時間估算和給定的依賴關(guān)系及制約因素，繪制項目進度網(wǎng)絡(luò)圖;計算關(guān)鍵路徑;在確定了關(guān)鍵路徑之后，再考慮資源的可用性，制定出資源約束型進度計劃，該計劃中的關(guān)鍵路徑通常與原先的不同，資源約束型關(guān)鍵路徑就是關(guān)鍵鏈;CCM在網(wǎng)絡(luò)圖中增加作為非工作進度活動的持續(xù)時間緩沖，用來應(yīng)對不確定性;CCM的關(guān)注重點是如何管理剩余的緩沖持續(xù)時間與剩余的任務(wù)鏈持續(xù)時間之間的匹配關(guān)系。

2.2? ?CCM的管理優(yōu)勢

CCM的目標是整個項目最佳，而不是單個任務(wù)的最優(yōu)。在項目進度的早期階段，就注意到資源沖突的平衡，避免由于資源沖突而使原來的計劃不能按期完成;50%完工概率的工期估算雖然比較激進，但是能夠消減項目執(zhí)行者對于安全工期的浪費;對緩沖區(qū)的設(shè)置，將分散的安全工期相對集中后有目的的進行整體安排，消除不確定因素對項目工期的影響。

2.3? ?CCM的相關(guān)研究

1997年，Goldratt出版了《關(guān)鍵鏈》一書，書中提出：項目中的制約因素影響項目的整體進度，并用“關(guān)鍵鏈”一詞來表示一系列制約因素在最長一條工序中的爭奪資源而引起的相互依存的關(guān)系;此后，引起了國內(nèi)外學者廣泛關(guān)注，如：Newbold R提出了用根方差法設(shè)置緩沖區(qū)大小[3];周正龍等通過分析管理信息系統(tǒng)研發(fā)特點，建立了關(guān)鍵鏈識別模型，并通過算例分析驗證了模型的適用性[10];褚春超提出了項目資源緊張度、網(wǎng)絡(luò)圖結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、管理者風險偏好等因素對緩沖區(qū)大小的影響[5];徐小琴等將匯入緩沖區(qū)的設(shè)置，劃分為匯入位置和匯入緩沖區(qū)大小的確定[12];單泊源等分析了緩沖區(qū)管理的缺陷，將緩沖突破分為三層，并提出緩沖突破與行動決策的矩陣圖[7];王肖文等在關(guān)鍵鏈的緩沖管理中，加入了風險矩陣的相關(guān)理論思想，建立了緩沖區(qū)進度控制的等級矩陣法[13]。

CCM的應(yīng)用步驟為：關(guān)鍵鏈識別——緩沖區(qū)設(shè)置——緩沖區(qū)管理。關(guān)鍵鏈識別：根據(jù)工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）和各活動之間的工序邏輯關(guān)系，繪制項目初始網(wǎng)絡(luò)計劃圖;緩沖區(qū)設(shè)置主要分為三類：項目緩沖（PB）、匯入緩沖（FB）及資源緩沖（RB）;緩沖區(qū)管理運用較多的，是Goldratt提出的三色區(qū)管理法。

3? ? ?基于CCM的船舶設(shè)計項目進度管理模型

3.1? ?模型建立

結(jié)合船舶設(shè)計項目的工作流程和現(xiàn)有的進度管理、手段，將進度管理流程與CCM應(yīng)用的各個步驟有效結(jié)合起來，建立了基于CCM的船舶設(shè)計項目進度管理模型，探討更為合理的船舶設(shè)計項目進度管理手段，如圖1所示。

3.2? ?CCM應(yīng)用

3.2.1? CCM識別

在設(shè)計項目合同生效后，根據(jù)船東與研發(fā)部門簽訂的技術(shù)規(guī)格書內(nèi)容、專業(yè)分工和設(shè)計流程，對設(shè)計任務(wù)的工序進行梳理，形成初步網(wǎng)絡(luò)圖;再按照50%的完工概率，對各個階段的設(shè)計任務(wù)進行工期預(yù)估，結(jié)合各設(shè)計任務(wù)之間的工序關(guān)系和資源約束情況對初始網(wǎng)絡(luò)圖進行調(diào)整，并通過各活動最早開工時間和最晚開工時間的計算，求得各排列關(guān)鍵鏈和緩沖區(qū)，最終篩選出最合理的關(guān)鍵鏈為最終關(guān)鍵鏈，并確定非關(guān)鍵鏈匯入點。

3.2.2? 緩沖區(qū)設(shè)置方法

（1）緩沖區(qū)設(shè)置方法

緩沖區(qū)大小的設(shè)置方法，由Goldratt法、剪切-粘貼法發(fā)展到根方差法。有學者使用了非關(guān)鍵鏈修正系數(shù)γ，即非關(guān)鍵鏈工期總和與上關(guān)鍵鏈工期總和之比，對傳統(tǒng)的根方差法進行改進。按照船舶設(shè)計項目不同區(qū)域并行設(shè)計的特點，為消除并行工序的非關(guān)鍵鏈引起PB偏大或偏小的極端情況，筆者在修正系數(shù)γ的處理上加入維度的修正，減弱并行設(shè)計影響的修正，此時PB的計算公式為：

式中：Di為關(guān)鍵鏈上每個設(shè)計活動原始估算工期;dj為關(guān)鍵鏈上以50%完工率進行估計的工期;V和I分別為關(guān)鍵鏈和非關(guān)鍵鏈上的每個設(shè)計活動;J為關(guān)鍵鏈上的每個設(shè)計活動;γ為非關(guān)鍵鏈修正系數(shù);ΣiεuTi為非關(guān)鍵鏈上活動工期的總和;ΣjεVTj為關(guān)鍵鏈上活動工期的總和;N為并行設(shè)計的區(qū)域劃分的數(shù)量。

（2）匯入緩沖設(shè)置方法

匯入點：由于匯入緩沖是考慮非關(guān)鍵鏈上的活動對于關(guān)鍵鏈上活動產(chǎn)生的影響，因此以最晚開工時間為參照。若關(guān)鍵鏈上某活動的最晚開始時間剛好等于非關(guān)鍵鏈上的某活動的結(jié)束時間，且后者是前者的緊后活動或資源緊后活動，則兩者的結(jié)束與開始之間的位置為該項目進度計劃中的非關(guān)鍵鏈匯入點;

匯入緩沖大?。阂罁?jù)項目特點，將設(shè)計難度、變更風險等因素與關(guān)鍵鏈匯入點相結(jié)合，討論緩沖區(qū)大小的計算方法。設(shè)置匯入緩沖系數(shù)α、工序系數(shù)β、變更因子δ。其中：δ的取值依據(jù)設(shè)計難度和專業(yè)交叉的復(fù)雜程度;設(shè)計變更風險等由專家組研討得出。

用m表示設(shè)計活動所在非關(guān)鍵鏈的緊前任務(wù)的數(shù)量、w表示非關(guān)鍵鏈上的設(shè)計項目活動的總數(shù)，則工序系數(shù)β按下式計算：

（3）資源緩沖設(shè)置方法

Goldratt在《突破項目管理的瓶頸：關(guān)鍵鏈》一文中提出：資源緩沖的實質(zhì)就是一種預(yù)警機制[2]。船舶設(shè)計項目中的關(guān)鍵資源以各專業(yè)的設(shè)計人員為主，在使用關(guān)鍵資源的設(shè)計活動前加入資源緩沖，使項目管理人員對該區(qū)域進行管理時，能合理的提前確認關(guān)鍵資源的到位情況。而由于設(shè)計階段的差異，不同階段的設(shè)計人員資源需求不同，緩沖設(shè)置方法也有所不同。

3.2.3緩沖區(qū)管理

（1）緩沖和匯入緩沖管理

項目的緩沖區(qū)管理可以借鑒Goldratt的三色緩沖區(qū)管理方法，將緩沖區(qū)的消耗百分比與項目關(guān)鍵鏈的完成情況相結(jié)合，對設(shè)計活動的緩沖區(qū)消耗情況進行監(jiān)控;并根據(jù)完成階段和進度，將整個緩沖區(qū)域劃分為紅、黃、綠三種顏色區(qū)域進行管理，如圖2所示;不同顏色區(qū)域釆取不同的措施。比如：綠色“安全期”保持觀望;黃色“警示區(qū)”采取適當措施;紅色“危險區(qū)”調(diào)整計劃。

設(shè)計過程中出現(xiàn)嚴重超期情況一般是發(fā)生在新船型的設(shè)計項目中，特別是設(shè)計過程中產(chǎn)生的大量修改。這時，應(yīng)根據(jù)實際情況與生產(chǎn)部門協(xié)商修改建造計劃;若是船東單方面的修改，可與船東討論項目延期;若時間上不能調(diào)整，則需要安排加班或者增加設(shè)計人員等措施保證設(shè)計進度。

（2）資源緩沖管理

資源緩沖管理應(yīng)當貫穿于整個項目的所有任務(wù)，主要有以下要點：

① 編制詳細的資源需求及使用計劃，結(jié)合預(yù)警設(shè)置，優(yōu)化設(shè)計管理系統(tǒng)功能;

② 結(jié)合實際項目進度，對資源需求及使用計劃予以動態(tài)更新;

③ 總結(jié)資源緩沖管理經(jīng)驗，形成適用于項目的資源緩沖管理辦法或程序文件，通過持續(xù)改進，確保資源緩沖管理在企業(yè)的項目進度管理中發(fā)揮作用;

④ 運用系統(tǒng)的信息手段，對于資源占用情況進行分析預(yù)測，改變傳統(tǒng)的一把抓的管理模式，提高管理水平。

4? ? ?模型技術(shù)路線分析

4.1? ?模型設(shè)置過程

① 根據(jù)項目活動信息，將同一級別活動中占用相同的資源認定為關(guān)鍵資源;

對并行的設(shè)計活動進行分組，如圖3所示。

③ 將資源占用情況考慮到工序順序中進行全排列，如圖4所示：組別1的全排列分別為{A1，A3，A2}和{A3，A1，A2};組別2的全排列分別為{B2，B3，B1}和{B3，B2，B1};

④ 邀請專家組完成50%概率下的工期估算;

⑤ 計算各活動最早開工時間和最晚開工時間：最早開工時間取活動工序順序的最早開工時間和在關(guān)鍵資源約束情況下的最早開工時間的最大值;

⑥ 求各序列的關(guān)鍵鏈。由最晚開工時間集合LST與最早開工時間EST的差值，得到序列S，按照活動的邏輯先后順序排列后，為該序列下的項目關(guān)鍵鏈;

⑦ 根據(jù)項目的匯入緩沖設(shè)置方法，計算各序列緩沖區(qū)大小及計劃工期;

⑧ 篩選最合理的關(guān)鍵鏈為最終項目關(guān)鍵鏈。文獻[4]提出了關(guān)鍵鏈的選取要求，若各關(guān)鍵鏈都能滿足選取要求，則取工期最短的關(guān)鍵鏈為最終的項目關(guān)鍵鏈。

4.2? ?實例分析

根據(jù)某船上建部分區(qū)域生產(chǎn)設(shè)計項目模擬情況，估計出若干部分工序：船體結(jié)構(gòu)初步模型A、鐵舾模型B、管系風管模型C、管系風管制作圖D、鐵舾制作圖E、管系安裝圖F、鐵舾安裝圖G、重量重心統(tǒng)計H、PDM數(shù)據(jù)管理T。所需3類資源的需求數(shù)量，如表1所列：

（1）根據(jù)設(shè)計活動信息繪制初始網(wǎng)絡(luò)圖

根據(jù)上述設(shè)計活動信息，繪制初始網(wǎng)絡(luò)圖。初始網(wǎng)絡(luò)圖考慮了各設(shè)計活動之間的關(guān)系，暫不考慮活動之間的資源約束情況，如圖5所示。

從初始網(wǎng)絡(luò)圖中，計算出關(guān)鍵路徑CPM為：C-D-F-H。此時項目總工期為47。

（2）平衡資源沖突的各項目關(guān)鍵鏈計算

① 設(shè)計活動分組，1至4組分別為：{A，B，C}、{D，E}、{F，G}、{H};

② 按照設(shè)計活動分級和關(guān)鍵資源占用情況，對所有活動進行全排列，并計算出各活動的最早開工時間和最晚開工時間;

③ 對各序列的EST和LST求差值，差值為0的活動的組合，即為各序列的關(guān)鍵鏈，如表2所示：

（3）設(shè)置項目緩沖PB

運用項目緩沖的設(shè)置方法，分別計算出L1、L2、L3、L4的項目緩沖期為：4.8、5.4、6.4、6.4。因此，四條關(guān)鍵鏈加入項目緩沖后，得到的項目總工期分別為：34.8、37.4、35.4、35.4。使用L3或L4得到的項目總工期最短，比原項目進度計劃縮短11.7，故將L4確定為項目的最終關(guān)鍵鏈。

（4）設(shè)置項目匯入點位置

參照最晚開始時間，以甘特圖為主要工具計算匯入點的位置。如關(guān)鍵鏈L1：非關(guān)鍵鏈工序中活動F的最晚完工時間與關(guān)鍵鏈工序中活動H的最晚開工時間相等，因此非關(guān)鍵鏈活動F的完成時間對關(guān)鍵鏈活動H的開始有影響，設(shè)置關(guān)鍵鏈L1的匯入點為H1={F}。

根據(jù)匯入點的設(shè)置，對原網(wǎng)絡(luò)圖進行整理，得到考慮各活動順序和資源約束的網(wǎng)絡(luò)圖，如圖6所示;另外，其他三條關(guān)鍵鏈的匯入點，分別是：H2={F}、H3={G}、H4={G}。

（5）設(shè)置匯入緩沖FB

將L4確定為項目的最終關(guān)鍵鏈后，項目中還有3條非關(guān)鍵鏈（見圖7）。分別給出風險變更因子δ值為0.4、0.3、0.2，得到FB1、FB2、FB3分別為2.4、3.5、1.2。最終得到包含了項目緩沖和匯入緩沖的關(guān)鍵鏈，如圖7所示。

5? ? ? 結(jié)語

在運用了基于CCM的船舶設(shè)計項目管理優(yōu)化模型后，整個上建生產(chǎn)設(shè)計項目進度計劃都得到了改善，主要表現(xiàn)在：總工期比原計劃縮短11.7;活動開始時間更為明確;緩沖區(qū)的合理設(shè)置，能夠較好的應(yīng)對不定因素產(chǎn)生的項目更改而造成的設(shè)計拖期問題;50%概率的樂觀的工期預(yù)估，能夠有效的應(yīng)對人的心理和行為因素;資源約束的考慮，減少了項目延期風險;改進后的工期確定方法按照數(shù)學模型生成，尋找到使項目總工期最短的最優(yōu)組合，其方法更為合理科學;優(yōu)化后的項目安全工期結(jié)合了各個活動的工序關(guān)系和資源約束，以設(shè)置緩沖的方式將原項目超期的風險進行了分擔，能夠滿足實際的項目進度管理需求;改進后的管理方式與工期計劃緊密結(jié)合，管理重點穿插在項目各活動的實施進程中，通過PB、FB和RB的設(shè)置，對項目超期嚴加防范，保證建造計劃的順利完成。

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