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關(guān)鍵鏈法在不確定項目調(diào)度問題中的應(yīng)用分析
摘 要：在實踐中，項目的執(zhí)行往往伴隨著不確定因素的出現(xiàn)，因此項目經(jīng)理需要采取措施以應(yīng)對這些不確定。關(guān)鍵鏈法作為約束理論在項目管理中的應(yīng)用，其在項目不確定性的應(yīng)對中有著很大的潛力。關(guān)鍵鏈法應(yīng)對不確定性是通過設(shè)置時間緩沖的方式來進行的。其首先將任務(wù)的安全時間從工期估計中分割出來，再通過某種緩沖區(qū)設(shè)置方法，如剪貼法、根方差法、APRT和APD，將安全時間以項目緩沖和輸入緩沖的形式設(shè)置用以吸收不確定性。通過與其他不確定性項目調(diào)度方法的比較，指出了關(guān)鍵鏈法的優(yōu)勢和不足。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵鏈；不確定；項目調(diào)度 中圖分類號：C93 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2013）01-0218-03 引言 項目管理是管理科學的一個重要分支，它為項目成功的實施提供了一種有效的手段，是種特別適合于大型、復雜、環(huán)境多變、不確定性因素很多的一次性任務(wù)或項目的管理方法。項目管理改善了對各種資源利用的計劃、組織、指揮和控制，對管理實踐做出了重要貢獻。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟的全球化，生產(chǎn)規(guī)模越來越大，復雜性越來越高，市場競爭也越來越激烈，對企業(yè)的管理和對生產(chǎn)過程的監(jiān)控都提出了更高的要求，企業(yè)組織結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)組織方式更加趨向于面向項目的方式，項目管理問題也由此廣泛地存在于產(chǎn)品研發(fā)、軟件開發(fā)、建筑工程、飛機及輪船制造、過程重組、運營維護等領(lǐng)域之中。 項目進度是項目管理的重要目標之一。經(jīng)典的項目進度管理方法是在確定性的環(huán)境實施的。然而在實際情況中，項目總是或多或少地面臨一些不確定因素，如任務(wù)工期不確定、資源約束不確定、工序關(guān)系不確定等。不確定因素可能打破預期的假設(shè)，并且破壞方案的可行性，影響原計劃方案的優(yōu)化性能。因此對于項目經(jīng)理而言，采用有效手段以應(yīng)對項目環(huán)境中存在的不確定性，是提高項目成功率的必要條件。 關(guān)鍵鏈項目管理（Critical Chain Project Management，CCPM）[1]是約束理論（Theory of Constraints，TOC）在項目管理上的應(yīng)用成果。在傳統(tǒng)的CPM/PERT技術(shù)的基礎(chǔ)上，CCPM 在項目進度管理中考慮了人類行為的影響因素，并將約束理論、聚集理論等引入到計劃的制訂中，通過設(shè)置緩沖區(qū)、監(jiān)控關(guān)鍵鏈、使用最晚開工的計劃、消除資源沖突等一系列措施[2～3]，來解決傳統(tǒng)項目管理中存在的種種問題，如工序工期估計過高卻又很少被提前完成、工序提前完工的時機得不到利用、路徑合并與資源并行分配導致項目延期等 [4]，并有效地控制了學生綜合癥和帕金森定律在項目員工行為中的出現(xiàn)。CCPM為項目進度管理問題提供了一整套全新的解決方案，其中也包括應(yīng)對不確定性，但Herroelen [5] 指出CCPM本身仍存在很多缺陷，其應(yīng)對不確定性在某些方面仍有不足。 本文的目的是分析關(guān)鍵鏈法在不確定項目調(diào)度問題中的應(yīng)用。首先本文介紹了關(guān)鍵鏈方法提出的背景。其次我們對關(guān)鍵鏈法應(yīng)對不確定性的原理進行了分析。最后我們將關(guān)鍵鏈法與其他不確定項目調(diào)度方法進行了比較。 一、從約束理論到關(guān)鍵鏈 前文已經(jīng)指出，CCPM是約束理論（TOC）在項目管理中的應(yīng)用成果。約束理論是Goldratt提出的一種嶄新的管理理論。它倡導從整體的、系統(tǒng)的角度來看待問題，指出要改進整個系統(tǒng)，必須找到系統(tǒng)中最薄弱的那個環(huán)節(jié)，通過改進這個環(huán)節(jié)，來提高整個系統(tǒng)的性能。實際上，TOC否定了一個傳統(tǒng)的觀點，即對系統(tǒng)的局部改進最終能導致系統(tǒng)的整體改進，它認為只有改進系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)，才能提高系統(tǒng)的性能，而其他的局部改進均是在做無用功。對于系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)，Goldratt稱其為制約因素。TOC實施的步驟如下所示：（1）識別系統(tǒng)的制約因素；（2）決定如何利用系統(tǒng)的制約因素；（3）將系統(tǒng)中的其他因素從屬于制約因素；（4）采取措施改進系統(tǒng)的制約因素；（5）如果經(jīng)過前面的步驟，系統(tǒng)的制約因素已經(jīng)被打破，那么回到第一步。注意不要讓惰性成為系統(tǒng)的制約因素。 TOC通過重復這些步驟，不斷地改進系統(tǒng)的性能。并且從理論上說，這些步驟適用于所有的系統(tǒng)。 按照約束理論的思想，提高項目管理效果的首要步驟是找出項目的制約因素。對于大多數(shù)情況而言，工期目標是項目最重要的目標。因此項目經(jīng)理首先要找出制約項目工期的因素。傳統(tǒng)的項目進度管理技術(shù)CPM/PERT，將決定項目工期的最長的一條任務(wù)路徑成為關(guān)鍵路徑。但是關(guān)鍵路徑僅僅考慮了任務(wù)之間的緊前緊后關(guān)系，并沒有考慮任務(wù)之間資源沖突的可能性，因為Goldratt這條路徑并不是真正制約項目工期的制約因素，而提出了關(guān)鍵鏈的概念作為項目的制約因素。Newbold [6] 定義關(guān)鍵鏈為考慮項目的技術(shù)約束和資源約束下決定項目總工期的任務(wù)序列。因此CCPM首先需要識別出項目的制約因素—關(guān)鍵鏈。當關(guān)鍵鏈被識別出之后，CCPM通過設(shè)置時間緩沖的方式對其完工進行保護，這個被設(shè)置在關(guān)鍵鏈后的時間緩沖被稱為項目緩沖（PB）。對于那些不屬于關(guān)鍵鏈的任務(wù)，Goldratt將它們稱作非關(guān)鍵鏈。為了防止非關(guān)鍵鏈對關(guān)鍵鏈的執(zhí)行造成影響，CCPM通過在非關(guān)鍵鏈與關(guān)鍵鏈相接的地方設(shè)置時間緩沖的方式來對關(guān)鍵鏈進行保護，這個時間緩沖則被稱為輸入緩沖（FB）。Oya [7] 將CCPM實施的步驟總結(jié)如下：（1）估計項目每個任務(wù)的最可能工期；（2）依照任務(wù)的緊前緊后關(guān)系調(diào)度每個任務(wù)到它的最晚開工時間進行開工；（3）消除任務(wù)之間的資源沖突；（4）識別項目的關(guān)鍵鏈和非關(guān)鍵鏈；（5）在關(guān)鍵鏈的后面設(shè)置項目緩沖；（6）在每條非關(guān)鍵鏈與關(guān)鍵鏈的交接處設(shè)置輸入緩沖。 二、關(guān)鍵鏈法應(yīng)對不確定性的原理 關(guān)鍵鏈應(yīng)對不確定性的能力實際上是通過時間緩沖區(qū)的設(shè)置而得來的。Goldratt認為人們在估計任務(wù)所需的完工時間時往往會給出完工概率很大的安全估計而不是最可能估計，安全估計與最可能估計的時間差被稱為安全時間。采用安全估計的目的是為了提高任務(wù)的完工率，然而統(tǒng)計學理論告訴我們，實際上為了達到所需的完工率，項目并不需要這么多的安全時間進行保護。如任務(wù)工期的標準差為σi，而由這些任務(wù)組成的序列工期的標準差為σ。當任務(wù)工期之間相互獨立時，根據(jù)統(tǒng)計學定理，得： 那么可知，即項目為了應(yīng)對不確定性所需的安全時間小于每個任務(wù)為應(yīng)對不確定性所需安全時間的加和。Goldratt同時指出，由于學生綜合癥等因素的影響，員工總傾向于降低工作效率以充分使用分配的時間而不是按照正常的效率提前完工，因此每個任務(wù)安全時間的設(shè)置實際上沒有達到應(yīng)有的效果。由于以上的原因，Goldratt提出將任務(wù)的安全時間分割出來統(tǒng)一以時間緩沖區(qū)的模式進行設(shè)置和管理，以更好地應(yīng)對項目的不確定性。 CCPM設(shè)置的緩沖區(qū)分為項目緩沖PB、輸入緩沖FB和資源緩沖RB三種，其中項目緩沖和輸入緩沖屬于時間緩沖。項目緩沖被設(shè)置在關(guān)鍵鏈的最后，用以吸收關(guān)鍵鏈上的任務(wù)的不確定性，因此它的安全時間來自于關(guān)鍵鏈上的任務(wù)擁有的安全時間。輸入緩沖被設(shè)置在每條非關(guān)鍵鏈與關(guān)鍵鏈相交接的地方，用以吸收非關(guān)鍵鏈上任務(wù)的不確定性，以保證非關(guān)鍵鏈不會對關(guān)鍵鏈的執(zhí)行造成影響，它的安全時間來自于相應(yīng)非關(guān)鍵鏈上的任務(wù)擁有的安全時間。對于從任務(wù)的時間估計中分割出來的安全時間，CCPM并不直接將其作為時間緩沖進行設(shè)置。由于前面的分析我們已經(jīng)知道，項目為了應(yīng)對不確定性所需的安全時間小于每個任務(wù)為應(yīng)對不確定性所需安全時間的加和，因此CCPM均先通過某種緩沖區(qū)設(shè)置方法將這些分割的安全時間縮小，再將其作為緩沖區(qū)進行設(shè)置。 目前最主要的緩沖區(qū)設(shè)置方法有四種：剪貼法、根方差法、APRT和APD。剪貼法由Goldratt提出，它直接將安全時間的一半作為緩沖區(qū)進行設(shè)置。剪貼法最大的優(yōu)點就是簡便，然而使用剪貼法設(shè)置的緩沖區(qū)大小會隨著任務(wù)工期的增長而線性增長，Herroelen[5]指出這種設(shè)置方法在大項目中會生成過大的緩沖區(qū)。根方差法是基于中心極限定理提出的。當任務(wù)工期之間相互獨立時，工期的標準差之間存在等式（1）所示的關(guān)系。Newbold[6]認為任務(wù)的安全時間是標準差的2倍，因此從等式（1）上我們可以得出： 其中，Ui表示每個任務(wù)的安全時間。APRT和APD均由Oya [7] 提出，它們是考慮了項目網(wǎng)絡(luò)特性的自適應(yīng)緩沖區(qū)設(shè)置方法。在計算公式上APRT和APD與根方差法類似，只不過它們二者是對任務(wù)工期的方差之和進行開方，同時乘以一個參數(shù)K。APRT的參數(shù)K是通過對項目網(wǎng)絡(luò)的資源緊性進行計算得來的，而APD的參數(shù)K則是對項目網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)復雜度進行計算得來的。注意到如果參數(shù)K等于2，那么APRT和APD實際上就變?yōu)榱烁讲罘ā? Herroelen[5]指出CCPM在設(shè)置輸入緩沖時會存在兩個難題。一是輸入緩沖過大可能會造成非關(guān)鍵鏈的長度超過關(guān)鍵鏈。二是輸入緩沖的設(shè)置可能會打亂原來的資源分配順序，造成新的資源沖突。對于第一個問題，通常的解決辦法是為輸入緩沖區(qū)的尺寸設(shè)置一個上限，保證該非關(guān)鍵鏈不會長于關(guān)鍵鏈。而對于第二個問題，通常的解決方法是在輸入緩沖的設(shè)置時進行重計劃，以重新分配資源的方式來避免資源沖突。Goldratt并不推薦使用新的方法對這些問題進行解決，他強調(diào)與其為了生成一個完美的計劃而努力，不如將更多的精力放在如何成功地執(zhí)行項目之上。但應(yīng)該指出的是，如果不解決這兩個問題，那么CCPM生成的原始計劃對項目執(zhí)行的指導能力將會大大下降，計劃本身甚至會變得不可行。因此在設(shè)置輸入緩沖時采取措施解決這兩個問題是十分必要的。 三、關(guān)鍵鏈法與其他不確定性項目調(diào)度方法的比較 不確定性項目調(diào)度作為一個熱點問題，其調(diào)度方法已經(jīng)得到廣泛研究。在Herroelen [8] 的綜述中，不確定性項目調(diào)度的方法被分為四大類：反應(yīng)式調(diào)度、隨機調(diào)度、主動調(diào)度和模糊調(diào)度。反應(yīng)式調(diào)度（Reactive Scheduling）是當項目執(zhí)行階段出現(xiàn)干擾因素時對基準調(diào)度計劃進行修復的調(diào)度方法；隨機調(diào)度（Stochastic Project Scheduling）一般不生成確定了任務(wù)執(zhí)行時間的基準調(diào)度計劃，而是通過求得決定任務(wù)執(zhí)行順序的調(diào)度策略（Scheduling Policies）來進行項目調(diào)度；模糊調(diào)度（Fuzzy Project Scheduling）是以模糊理論為基礎(chǔ)來獲得確定了任務(wù)的模糊開始和結(jié)束時間的模糊調(diào)度計劃；主動調(diào)度（Proactive Project Scheduling）則是根據(jù)已知的不確定因素的信息生成一個“受保護”的基準調(diào)度計劃，相對于其他調(diào)度方法，主動調(diào)度注重提高基準調(diào)度計劃的魯棒性。這四類方法在應(yīng)對項目的不確定性上各有所長。CCPM在應(yīng)對不確定性上采用的是設(shè)置時間緩沖的方法生成了“受保護”的基準調(diào)度計劃，因此它是一種主動調(diào)度方法。 Ballestín[9]在其對不確定性項目調(diào)度的分析中指出，當項目的不確定性程度很高時，一個確定性的基準調(diào)度計劃的作用變得十分有限。因此采用動態(tài)調(diào)度的隨機調(diào)度方法是一個合適的選擇。然而基準調(diào)度計劃對于組織和安排資源、與外部單位進行協(xié)調(diào)起著重要的作用，Herroelen[8]和Stijn[10]也強調(diào)了一個初始的基準調(diào)度計劃對于調(diào)度質(zhì)量的重要性。CCPM的一個優(yōu)點就是它提供了一個生成有效的基準調(diào)度計劃的方法。使用CCPM進行項目管理，可以在有效應(yīng)對不確定性的同時，避免了因為沒有基準調(diào)度計劃而導致在資源的分配和與外部因素的交流上出現(xiàn)的困難。然而，由于CCPM設(shè)置緩沖區(qū)的主要目標是提高項目的完工率，其生成的基準調(diào)度計劃是有些脆弱的。相對于CCPM，Stijn[11]介紹了另一類以提高計劃的穩(wěn)定性為目標的方案魯棒調(diào)度方法。采用這類方法生成的基準調(diào)度計劃能夠使得任務(wù)在執(zhí)行時的實際開工時間偏離計劃開工時間的程度很低，因此它降低了由于實際執(zhí)行與計劃偏離造成的與外部因素溝通的成本。與方案魯棒調(diào)度方法相比，CCPM專注于提高項目的完工率，同時使用CCPM生成的計劃的工期也比較低[11]。 結(jié)論 作為約束理論在項目管理中的應(yīng)用，關(guān)鍵鏈法在應(yīng)對項目調(diào)度中的不確定性上有著良好的能力。關(guān)鍵鏈法應(yīng)對不確定性的能力是通過設(shè)置時間緩沖區(qū)的方式得到的，其原理是將任務(wù)工期估計中的安全時間分割出來，以項目緩沖和輸入緩沖的形式設(shè)置到任務(wù)之間以吸收執(zhí)行過程中可能出現(xiàn)的不確定性。關(guān)鍵鏈法作為一種主動調(diào)度方法，能夠在有效應(yīng)對不確定性的同時，生成一個對指導項目執(zhí)行和與外部因素進行協(xié)調(diào)有很大幫助的基準調(diào)度計劃。雖然這個基準調(diào)度計劃在穩(wěn)定性上表現(xiàn)欠佳，但是它能保證較高的完工率，且相對于提高計劃穩(wěn)定性的方法，關(guān)鍵鏈法生成的計劃的工期也比較低。總的來說，關(guān)鍵鏈法作為一個嶄新的項目管理技術(shù)，其在應(yīng)對不確定性上的潛力是很大的。 參考文獻： [1] Goldratt，E.Critical Chain[M].Great Barrington：North River Press，1997. [2] Rand，G K.Critical Chain： Theory of constraints applied to project management [J].International Journal of Project Management，2000， 18（3）：173-177. [3] Herman，S.An investigation into the fundamentals of critical chain project scheduling [J].International Journal of Project Management， 2000，（6）：363-369. [4] 褚春超.工程項目進度管理方法與應(yīng)用研究[D].天津：天津大學博士學位論文，2006. [5] Herroelen，W.and Leus，R.On the merits and pitfalls of critical chain scheduling [J].Journal of Operations Management，2001，（5）：559-577. [6] Newbold，R.C.Project Management in the Fast Lane-Applying the Theory of Constraints.Boca Raton： The St.Lucie Press，1998. [7] Oya I.Tukel，Walter O.Rom，Sandra DuniEksioglu.An investigation of buffer sizing techniques in critical chain scheduling [J].European Journal of Operational Research，2006，172（2）：401-416. [8] Herroelen，W.and Leus，R.Project scheduling under uncertainty： Survey and research potentials[J].European Journal of Operational Research，2005，165（2）：289-306. [9] Ballestín，F(xiàn).When it is worthwhile to work with the stochastic RCPSP？[J].Journal of Scheduling，2007，10（3）：153-166. [10] Stijn Van de Vonder，Demeulemeester，E.and Herroelen，W.A classification of predictive-reactive project scheduling procedures[J]. Journal of Scheduling，2007，10（3）：195-207. [11] Stijn Van de Vonder，Demeulemeester，E.and Herroelen，W. The use of buffers in project management： The trade-off between stability and makespan[J].International Journal of Production Economics，2005，97（2）：227-240. [責任編輯 王曉燕] 收稿日期：2012-11-23 作者簡介：周意坤（1988-），男，江西南昌人，碩士研究生，從事項目管理、關(guān)鍵鏈研究。
【關(guān)鍵鏈法在不確定項目調(diào)度問題中的應(yīng)用分析】相關(guān)文章：
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