資源主導(dǎo)的造船多項(xiàng)目計(jì)劃管理研究

張一弛，趙 東，羅凡琳，陳 宇，陳陸敏

(江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

0 引言

造船企業(yè)因多項(xiàng)目同時(shí)生產(chǎn)、資源供應(yīng)不足，延期交船現(xiàn)象日益嚴(yán)重。如何提高關(guān)鍵資源使用效率，優(yōu)化多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理已成為行業(yè)內(nèi)共同難題。20世紀(jì)初，國外開始研究基于優(yōu)先規(guī)則的啟發(fā)式算法，并將算法結(jié)合船廠實(shí)際情況和試驗(yàn)解決資源調(diào)配問題。隨后，各國學(xué)者針對(duì)船舶制造項(xiàng)目的特殊性，提出了綜合遺傳算法、X-pass方法、約束理論(Theory of Constraints，TOC)、APS理論、S/OPN規(guī)則、計(jì)劃評(píng)審技術(shù)(PERT)等并經(jīng)事實(shí)證明可以有效優(yōu)化資源配置。

本文應(yīng)用APS理論與控制理論，在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合仿真模擬案例，探究資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法，利用關(guān)鍵鏈法、優(yōu)先級(jí)規(guī)則、資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理等方法，尋求最佳的資源配置方案。

1 高級(jí)計(jì)劃排程理論與控制理論研究

1.1 高級(jí)計(jì)劃排程理論

APS是利用先進(jìn)的信息科技及規(guī)劃技術(shù)，例如遺傳算法、TOC理論、生產(chǎn)模擬仿真等，通過管理供應(yīng)鏈運(yùn)行中的規(guī)劃、編程和執(zhí)行這3個(gè)重要過程，提供最合理的生產(chǎn)計(jì)劃，確保約束資源的可用性、機(jī)器和操作人員的能力、服務(wù)水平、安全庫存水平、成本、供需水平，幫助企業(yè)提高多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理的敏捷性，提高客戶服務(wù)水平，最大化滿足顧客需求。

1.2 關(guān)鍵鏈多項(xiàng)目管理與關(guān)鍵路徑法

關(guān)鍵鏈項(xiàng)目管理(Critical Chain Project Management，CCPM)是由Goldratt提出的基于TOC的方法和算法。在將關(guān)鍵鏈從概念研究進(jìn)一步發(fā)展為實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的過程中，實(shí)現(xiàn)了方法運(yùn)行過程計(jì)算機(jī)輔助和構(gòu)建綜合操作平臺(tái)，但并未將技術(shù)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用操作，核心思想還需要大量的人工工作來完成。

1.3 資源約束下的項(xiàng)目?jī)?yōu)先級(jí)規(guī)則

優(yōu)先級(jí)規(guī)則是企業(yè)在制定生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃時(shí)需要遵循的規(guī)則。項(xiàng)目排序規(guī)則主要有：先進(jìn)先服務(wù)規(guī)則、最短任務(wù)先服務(wù)規(guī)則、最多資源任務(wù)先服務(wù)規(guī)則、最小松弛量任務(wù)優(yōu)先服務(wù)規(guī)則、最多的關(guān)鍵性跟隨活動(dòng)優(yōu)先規(guī)則，其中最小松弛量?jī)?yōu)先規(guī)則被國內(nèi)外公認(rèn)為是最優(yōu)法則。

1.4 多項(xiàng)目的資源優(yōu)化方法

多項(xiàng)目資源優(yōu)化方法都具有面向多個(gè)資源、聯(lián)系緊密性、過程復(fù)雜性的特點(diǎn)。企業(yè)在進(jìn)行選擇時(shí)，更加重視方法的實(shí)效性和對(duì)企業(yè)帶來的實(shí)際利益，最優(yōu)化方法更加偏向于理論研究與開發(fā)，以求得資源最優(yōu)計(jì)劃方法，如最優(yōu)資源均衡法等。

2 資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法

2.1 定義

資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理是一種基于關(guān)鍵鏈及APS理論的方法，以“資源最高使用率—項(xiàng)目并行”為目標(biāo)。該方法將多項(xiàng)目抽象一個(gè)項(xiàng)目，項(xiàng)目計(jì)劃中首先管理關(guān)鍵資源生產(chǎn)鏈，將項(xiàng)目活動(dòng)安排進(jìn)資源使用計(jì)劃中，得到資源主導(dǎo)的生產(chǎn)計(jì)劃。

資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法首先要發(fā)揮關(guān)鍵生產(chǎn)資源的能力，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求及生產(chǎn)現(xiàn)狀，識(shí)別項(xiàng)目中的關(guān)鍵資源，設(shè)置關(guān)鍵資源使用鏈；然后識(shí)別、設(shè)置非關(guān)鍵資源使用鏈，以此類推。對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃不存在約束的資源不做使用計(jì)劃。當(dāng)有新項(xiàng)目加入時(shí)，多項(xiàng)目計(jì)劃在原有計(jì)劃的基礎(chǔ)上遵循先來后到的原則進(jìn)行排期，新項(xiàng)目與原計(jì)劃的末端項(xiàng)目允許有30%的重合。

資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法通過確立對(duì)關(guān)鍵資源和非關(guān)鍵資源處理的先后順序，提升生產(chǎn)全過程的資源分配合理性，優(yōu)化生產(chǎn)過程資源使用率，這是與TOC、APS理論的不同之處。

2.2 應(yīng)用步驟

資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法應(yīng)用步驟見圖1，具體步驟如下：

圖1 資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法步驟

(1)確定船廠資源優(yōu)先級(jí)。

①根據(jù)船廠各類資源的用途、使用范圍、數(shù)量等找出最有可能限制多項(xiàng)目生產(chǎn)進(jìn)度的資源，即尋找關(guān)鍵資源；

②根據(jù)資源有限程度對(duì)不同資源進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，設(shè)置關(guān)鍵資源使用計(jì)劃鏈及多條非關(guān)鍵資源使用計(jì)劃鏈。

(2)對(duì)多項(xiàng)目進(jìn)行先后排序，將單個(gè)項(xiàng)目分解為具體的作業(yè)活動(dòng)。

①根據(jù)項(xiàng)目的前后順序，結(jié)合計(jì)劃實(shí)施具體情況，對(duì)多項(xiàng)目進(jìn)行排序；

②相鄰項(xiàng)目允許有進(jìn)度計(jì)劃交叉現(xiàn)象，項(xiàng)目前后交叉各不超過該項(xiàng)目的30%；

③將各個(gè)項(xiàng)目流程分解為具體作業(yè)活動(dòng)，并判斷生產(chǎn)活動(dòng)所需資源種類和數(shù)量。

(3)進(jìn)行計(jì)劃排期。

①采用倒排法，將多項(xiàng)目活動(dòng)按照資源分類和項(xiàng)目前后順序，對(duì)關(guān)鍵資源和非關(guān)鍵資源使用計(jì)劃鏈進(jìn)行計(jì)劃排期，從前向后將項(xiàng)目活動(dòng)排入計(jì)劃鏈，使關(guān)鍵資源的使用率達(dá)到飽和；

②對(duì)比資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃與各項(xiàng)目的最晚交付時(shí)間，結(jié)合關(guān)鍵鏈法，從后向前沿關(guān)鍵資源鏈逆推生產(chǎn)計(jì)劃活動(dòng)；

③若船廠資源不足以支撐項(xiàng)目生產(chǎn)所需，即資源鏈計(jì)劃內(nèi)部出現(xiàn)沖突，則對(duì)優(yōu)先級(jí)低的項(xiàng)目活動(dòng)進(jìn)行部分活動(dòng)外包或在保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提下適當(dāng)安排加班，保證各項(xiàng)目活動(dòng)之間及多項(xiàng)目之間的矛盾最小化；

④對(duì)多項(xiàng)目管理計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估。關(guān)鍵資源使用率α的計(jì)算公式為

(1)

式中：為資源工作工時(shí)；為資源使用結(jié)束日期；為資源使用開始日期；為每日工時(shí)數(shù)。

(4)對(duì)資源鏈實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，動(dòng)態(tài)控制多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃。

①多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃實(shí)施過程中對(duì)資源使用情況進(jìn)行監(jiān)控管理、實(shí)時(shí)管理，合理規(guī)避項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)；

②監(jiān)控生產(chǎn)過程，必要時(shí)對(duì)原計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整、重排，以防阻礙生產(chǎn)進(jìn)度，打亂生產(chǎn)秩序，增加不必要的生產(chǎn)成本。

2.3 優(yōu)點(diǎn)及局限性

(1)資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法將原本項(xiàng)目引導(dǎo)企業(yè)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)化為資源引導(dǎo)項(xiàng)目和諧進(jìn)行，在理論層面關(guān)鍵資源的使用率可達(dá)到90%左右，從生產(chǎn)角度解決了關(guān)鍵資源的資源約束問題。

(2)在有新的訂單出現(xiàn)時(shí)，資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法可以作為船廠是否接收新項(xiàng)目的輔助判斷依據(jù)。利用該方法將新項(xiàng)目排入關(guān)鍵資源使用計(jì)劃，完成步驟(2)后，計(jì)算新項(xiàng)目加入后的資源約束情況，判斷關(guān)鍵資源能否穩(wěn)定支撐生產(chǎn)需要，以此為依據(jù)幫助船廠判斷是否可以接收項(xiàng)目及接收項(xiàng)目后船廠需要增加的資源種類和數(shù)量。

資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法在單一資源生產(chǎn)過剩問題上考慮不全面。資源主導(dǎo)使得不同資源使用相互無影響，與關(guān)鍵鏈法管理的單個(gè)項(xiàng)目生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃側(cè)重點(diǎn)不同，生產(chǎn)進(jìn)度多線同時(shí)進(jìn)行，項(xiàng)目中間產(chǎn)品生產(chǎn)先于進(jìn)度計(jì)劃時(shí)，提前生產(chǎn)的中間產(chǎn)品的儲(chǔ)存、消耗都會(huì)產(chǎn)生額外預(yù)算，可能降低企業(yè)生產(chǎn)利潤(rùn)。

3 某造船公司多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理

3.1 案例概述

以某造船公司船塢搭載為研究對(duì)象，應(yīng)用資源主導(dǎo)方法對(duì)船塢內(nèi)的龍門吊使用計(jì)劃進(jìn)行模擬。某造船公司配備有2座船塢：1號(hào)塢配備600 t門式起重機(jī)2座，編號(hào)為起重機(jī)1和起重機(jī)2；2號(hào)塢配備1 200 t門式起重機(jī)、600 t門式起重機(jī)各1座，編號(hào)為起重機(jī)3和起重機(jī)4。項(xiàng)目1和項(xiàng)目2在2號(hào)塢內(nèi)先后進(jìn)行合龍，選用Project項(xiàng)目管理軟件進(jìn)行模擬，模擬吊裝計(jì)劃的數(shù)據(jù)見表1。

表1 模擬吊裝計(jì)劃數(shù)據(jù)

3.2 關(guān)鍵路徑法多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理案例

利用Project軟件的關(guān)鍵路徑法對(duì)多項(xiàng)目計(jì)劃模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行排期。結(jié)果顯示：項(xiàng)目1和項(xiàng)目2中資源起重機(jī)3和起重機(jī)4多處出現(xiàn)了沖突。

資源沖突主要集中發(fā)生在起重機(jī)4，因?yàn)轫?xiàng)目1和項(xiàng)目2可用資源為起重機(jī)3和起重機(jī)4，需要1 200 t起重重量的工序數(shù)只占工序總數(shù)的31%，其他工序由起重機(jī)4單獨(dú)完成。因此，起重機(jī)4會(huì)過度分配，產(chǎn)生資源約束。

為便于處理，僅對(duì)起重設(shè)備起重時(shí)間進(jìn)行了模擬，分段舾裝、吊車移動(dòng)等因素未考慮。

3.3 資源主導(dǎo)方法多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理案例

運(yùn)用甘特圖，將項(xiàng)目1、項(xiàng)目2起重機(jī)資源需求情況、時(shí)間進(jìn)行模擬排序。由于船廠起重設(shè)備有限，項(xiàng)目1和項(xiàng)目2出現(xiàn)交叉進(jìn)行的吊裝工序，項(xiàng)目2的321PS吊裝分段和項(xiàng)目1的711PCS、721PCS吊裝分段所需資源都是起重機(jī)3，項(xiàng)目2的321PS吊裝分段在項(xiàng)目1的711PCS、721PCS吊裝分段完成后即開始，項(xiàng)目2的513吊裝分段所需資源是起重機(jī)4，需要設(shè)置項(xiàng)目1的803PS、814吊裝分段為其前置任務(wù)。

應(yīng)用資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法，吊裝進(jìn)度有較大提升。關(guān)鍵鏈法管理項(xiàng)目計(jì)劃的主要約束條件是項(xiàng)目完成時(shí)間，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生資源閑置，增加生產(chǎn)成本。

采用資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法，對(duì)關(guān)鍵資源起重設(shè)備采用最高使用率，得到項(xiàng)目1全部吊裝工序的工期為101個(gè)工作日，項(xiàng)目2全部吊裝工序的工期為183個(gè)工作日。

3.4 模擬結(jié)果及分析

根據(jù)資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理的使用方法，對(duì)某船舶企業(yè)中2個(gè)項(xiàng)目并行的吊裝計(jì)劃進(jìn)行模擬，得到的關(guān)鍵資源狀態(tài)統(tǒng)計(jì)見表2。由表2可知：起重機(jī)4承擔(dān)了項(xiàng)目1和項(xiàng)目2的大部分吊裝工序，共有3 968個(gè)工時(shí)。。

表2 關(guān)鍵資源狀態(tài)統(tǒng)計(jì)表

設(shè)定質(zhì)量大于600 t的工序需要5個(gè)工作日，質(zhì)量小于600 t的工序需要4個(gè)工作日，則：

=5+4

(2)

式中：為1個(gè)工作日的工作工時(shí)；為該資源參與1 200 t起重重量的工序數(shù)；為該資源參與600 t起重重量的工序數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，起重機(jī)3的資源使用率為96.55%，起重機(jī)4的資源使用率為100%。

為使數(shù)據(jù)更加直觀，計(jì)劃模擬對(duì)起重設(shè)備起重、移動(dòng)時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為簡(jiǎn)化的吊裝計(jì)劃數(shù)據(jù)，與實(shí)際生產(chǎn)使用的資源使用率有所偏差。

由于項(xiàng)目1和項(xiàng)目2質(zhì)量大于600 t的工序占項(xiàng)目1和項(xiàng)目2總工序的31%，使用起重機(jī)4的工序占總工序的69%。因此，對(duì)于起重機(jī)3沒有按照資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法的預(yù)期，將資源使用計(jì)劃排期至飽和狀態(tài)，編排的生產(chǎn)計(jì)劃未達(dá)到起重機(jī)3的最佳配置。另一方面，起重機(jī)3和起重機(jī)4的使用率都達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

從船塢內(nèi)起重設(shè)備這一個(gè)約束資源的角度來看，2號(hào)塢配備的起重機(jī)3和起重機(jī)4在短時(shí)間內(nèi)可以完成船廠當(dāng)前的所有訂單。因此，在有新的訂單出現(xiàn)時(shí)，船廠可以接收新項(xiàng)目，2號(hào)塢的起重設(shè)備對(duì)新項(xiàng)目的船塢內(nèi)合龍計(jì)劃進(jìn)度影響不大，接收新項(xiàng)目后船廠不需要增加塢內(nèi)起重設(shè)備。

4 結(jié)論

(1)基于造船業(yè)多項(xiàng)目并行、資源約束等特點(diǎn)，應(yīng)用APS理論，提出了適合造船行業(yè)的生產(chǎn)資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃管理方法，建立了資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃仿真模型。

(2)應(yīng)用Project軟件，并輔以適當(dāng)?shù)膬?yōu)先級(jí)規(guī)則，對(duì)某企業(yè)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行仿真驗(yàn)證，得到資源主導(dǎo)的多項(xiàng)目生產(chǎn)計(jì)劃，有效提高了關(guān)鍵資源使用率。