5. Сетевые методы планирования ниокр

Этот раздел является обязательным для организационно-экономической части ВКР научно-исследовательского типа [4, 30, 39, 42, 43, 44, 49, 57, 59, 63].

В настоящее время большинство изделий представляют собой сложные системы, состоящие из большого количества разнообразных элементов, средств автоматизации и т.п. В разработке отдельных составных частей изделий принимают участие различные отделы и лаборатории, конструкторские отделы, опытное производство и т.д. Отсюда возникает необходимость в планировании и координации работ всех подразделений, участвующих в разработке нового изделия. Это осуществляется при наличии плана разработки нового изделия или плана технической подготовки производства нового изделия. План должен предусматривать возможность непрерывного текущего контроля хода инновационного процесса и регулирование этого процесса на всех его этапах.

Для отображения хода работ, их состояния в каждый данный момент и всех возникающих изменений обычно используются графические методы планирования, которые являются универсальными и дают наглядную информацию о ходе работ. Наиболее совершенной графической моделью планирования сложных разработок являются сетевые графики. Сетевое планирование позволяет построить графическую (сетевую) модель плана, отражающую порядок выполнения работ, их логическую последовательность, продолжительность, связь между собой всех узловых событий и работ, которые обеспечивают достижение поставленной цели. Сетевая модель дает возможность последующей оптимизации плана и текущего управления ходом работ за счет периодического сбора информации и соответствующей корректировки плана.

Сетевая модель – это логическая схема взаимосвязи всех работ и событий, графическое изображение которой называется сетевым графиком. Это модель процесса, на которой можно проводить эксперименты и выяснить, к каким результатам приведет то или иное изменение в модели. Метод сетевого планирования и управления концентрирует внимание руководителей на самых важных работах комплекса, на перераспределении времени, ресурсов или изменении качественных показателей для достижения надежной гарантии выполнения всех работ в установленные сроки.

Сетевой график – это наглядное изображение плана, определяющего логическую последовательность всех действий, которые должны быть осуществлены для достижения поставленной цели. Сетевые графики относительно просты, удобны для анализа и позволяют быстро находить наилучшие варианты управляющих воздействий.

Основными элементами сетевого графика являются работа и событие. Работа – это трудовой процесс, проходящий во времени, в котором участвуют люди и оборудование и затрачиваются ресурсы (изготовление и испытание опытного образца), или процесс ожидания, при котором затрачивается только время (сушка после покраски). Событие – это конечный результат, получаемый после выполнения одной или нескольких работ, заканчивающихся этим событием (выдано ТЗ на разработку, назначен руководитель проекта). Событие является контрольной точкой в плане. Оно обозначается кружком, не имеет продолжительности, а занимает лишь момент времени.

На графике работа обозначается стрелкой, идущей от одного события к следующему. Таким образом, работа соединяет два события: начальное для этой работы и конечное для этой работы. При этом начальное событие для данной работы является конечным событием для предыдущей работы, а конечное событие – начальным для последующей работы. Первое событие сетевого графика, которому не предшествует работа, называется исходным событием, а последнее событие сетевого графика, отображающее конечную цель всех работ, завершающим событием (рис. 13).

Для построения сетевого графика составляется перечень всех событий и работ, необходимых для достижения цели, то есть программа разработки нового изделия или системы. Сетевой график может составляться укрупненно на комплекс всех стадий новой разработки и отдельно на каждую стадию.

Дипломники разрабатывают перечень событий и работ по оглавлению своей выпускной квалификационной работы, или по плану НИР, или по плану разработки и освоения на конкретном предприятии своего предлагаемого инженерного решения.

Различные условные обозначения событий:

– технологические работы

– испытание

– поставки

– изготовление

– копирование и

размножение

документации

– конструкторские работы

Рис. 13. Изображение работы и событий на сетевом графике

В перечне указываются порядковые кодовые номера (шифры) событий и их наименования в последовательности от исходного события к завершающему. Шифры работ записывают в виде пары индексов (ij), где i – шифр начального события данной работы, a j – шифр конечного события этой же работы. На основе этого перечня работ и событий строится сетевой график. При построении графика необходимо учитывать, что стрелки, изображающие работы, могут иметь три значения и изображения в зависимости от характера связи между событиями:

1. работа – изображается сплошной линией и означает, что последующее событие может наступить лишь после выполнения действительной работы, на которую затрачиваются время и ресурсы;

2. ожидание – изображается штрих-пунктирной линией и означает, что последующее событие может наступить лишь после ожидания, например, когда освободится оборудование, или выполнения естественного процесса (сушки, охлаждения и др.), на которое затрачивается время, но не требуется ресурсов;

3. фиктивная работа – изображается штриховой линией и означает, что последующее событие зависит от начального, но между ними не выполняется никакой реальной работы. Фиктивная работа означает логическую связь между событиями, и продолжительность ее равна нулю.

Пример перечня событий и работ при разработке программного обеспечения представлен в табл. 10.

Таблица 10

Перечень событий и работ по проектированию ПО

Индекс события	Наименование события	Индекс работы	Наименование работы
0	Начало преддипломной практики	0-1	Фиктивная работа
		0-2	Сбор данных по базе практики
1	Техническое задание выдано	1-2	Проведение патентного поиска
		1-3	Изучение существующих методов и аналогов
		1-4	Подбор и изучение нормативных материалов
2	Сбор первичных данных	2-3	Анализ первичных данных
		2-5	Расчет оптимального значения заданных параметров
3	Анализ первичных данных, методов и аналогов завершен	3-4	Разработка функциональной схемы
4	Функциональная схема разработана	4-6	Разработка программного обеспечения
5	Расчет оптимальных значений завершен	5-6	Оформление результатов расчетов и подготовка инструкции по эксплуатации
6	ПО готово для внедрения	6-7	Внедрение и отладка разработанного ПО
7	ПО внедрено

Построение сетевого графика завершается тщательной проверкой и исключением ошибок, которые могут быть следующими:

- «тупиковые» события, которыми не начинается ни одна работа (кроме завершающего события);

- события, которым не предшествует ни одна работа (кроме исходного);

- замкнутые контуры;

- неправильное изображение параллельных работ между событиями.

Комплекс работ по проектированию, изготовлению опытного образца, испытаний устройства представлен в качестве примера на сетевом графике (рис. 14).

Рис. 14. Сетевой график

Перечень видов работ:

1-2 Заключение договора на разработку

2-3 Разработка технического задания

3-4 Патентный поиск

3-5 Обзор существующих методов

3-6 Подбор и изучение ГОСТов

4-6 Анализ патентной информации

5-6 Обоснование структурной схемы

6-7 Разработка структурной схемы

7-8 Описание принципа работы спектрофотометра

8-9 Разработка принципиальной схемы дифракционной решетки

9-15 Расчет принципиальной схемы дифракционной решетки

8-10 Разработка принципиальной схемы модулятора Фарадея

10-15 Расчет принципиальной схемы модулятора Фарадея

8-11 Разработка принципиальной схемы усилителя мощности

11-15 Расчет принципиальной схемы усилителя мощности

8-12 Разработка принципиальной схемы усилителя сигнала

12-15 Расчет принципиальной схемы усилителя сигнала

8-13 Разработка принципиальной схемы выделения абсолютного значения

10-15 Расчет принципиальной схемы выделения абсолютного значения

8-14 Разработка принципиальной схемы блока согласования

14-15 Расчет принципиальной схемы блока согласования

15-16 Выбор УВХ

15-17 Выбор АУП

15-18 Выбор интерфейса

15-19 Выбор ИОН

15-20 Выбор ЦАП

1 6-21

17-21

18-21 Фиктивные работы

19-21

20-21

21-22 Расчет метрологических параметров

22-23 Анализ опасных и вредных факторов при обеспечении безопасности при настройке прибора

22-24 Подготовка конструкторской документации

22-26 Разработка ПО

23-24 Разработка мероприятий по обеспечению безопасности труда при настройке

24-25 Разработка технологического процесса

25-26 Приобретение основных, вспомогательных материалов, комплектующих для опытного образца

26-27 Изготовление опытного образца

27-28 Испытание опытного образца

28-29 Подготовка отчета об испытаниях и окончательная разработка эксплуатационной документации

После того, как графическая модель составлена, проверена и исправлена, то есть, определена логическая последовательность и связь событий, обеспечивающая достижение поставленной цели, и показаны все необходимые зависимости, определяется время выполнения каждой работы, то есть продолжительность работ.

Продолжительность каждой работы определяется по нормативам или экспертным путем. Для работ, которые выполнялись ранее или для которых имеются нормы времени на выполнение, может быть однозначно установлена наиболее вероятная или нормативная продолжительность с учетом их объема и количества исполнителей. Такие однозначно определенные оценки называют детерминированными, и сетевые графики с однозначно определенными оценками продолжительностей работ также называют детерминированными. Для большинства НИР и ОКР определить продолжительность работ трудно, поскольку невозможно учесть все факторы, влияющие на продолжительность работ, в силу их слишком высокой степени неопределенности. Там, где нет норм, но есть опыт ведущих специалистов и аналоги, может быть применен метод экспертных оценок.

Метод экспертных оценок заключается в опросе ведущих специалистов о предполагаемой продолжительности работ. Продолжительность каждой работы определяется с учетом мнения экспертов:

,

где m – количество экспертов;

t_Эi – временная оценка j-го эксперта;

З_Эi – значимость j-го эксперта.

Учитывая большую степень неопределенности в новых разработках, разработчики систем «Поларис» (создатели системы ПЕРТ) предложили определять для каждой работы экспертным путем три вероятностные оценки времени:

• оптимистическую (минимальную – t_min) – это минимально необходимое время выполнения работы при наиболее благоприятных условиях;

• наиболее вероятную (t_нв) – время, которое потребуется для выполнения работы, при нормальных, чаще всего встречающихся условиях;

• пессимистическую (максимальную – t_max) – максимальное время, которое потребуется для выполнения работы при крайне неблагоприятных условиях.

Сетевые графики с такими оценками продолжительности работ получили название стохастических или вероятностных.

Эти три оценки являются исходными для расчета ожидаемой продолжительности выполнения работы (t_ож), которую рассматривают как случайную величину, вероятность которой распределена по закону бета-распределения. Ожидаемая продолжительность работы определяется путем усреднения трех оценок времени по формуле:

t_oж = (t_min + 4  t_нв + t_max )/6.

Среднеквадратическое отклонение такого распределения

σ_t = (t_max – t_min)/6

Дисперсия _t² дает возможность оценить степень правильности определения продолжительности работы.

Продолжительность работ с большей дисперсией имеют меньшую степень достоверности, а сами работы – большую степень неопределенности. Работы с малой дисперсией имеют высокую степень достоверности того, что продолжительность выполнения работы определена правильно, и работа будет выполнена в срок.

Расчет ожидаемой продолжительности каждой работы может выполняться и по двум оценкам времени. Тогда:

t_oж = (3  t_min + 2  t_max)/5,

² =0,04 (t_max – t_min)²

Эти расчеты заносятся в перечень работ, на основе которого строится сетевой график, и ожидаемое время проставляется в графике над каждой работой.

К основным параметрам сетевого графика относятся:

• критический путь;

• резерв времени свершения событий;

• резерв времени для выполнения работ.

Критический путь (L_кр) – это наиболее протяженная по времени цепочка работ, ведущих от исходного к завершающему событию. Критический путь определяет общую продолжительность разработки нового изделия или отдельной стадии разработки. Следовательно, для выполнения работы в заданный срок и сокращения сроков разработки необходимо, прежде всего, контролировать сроки и принимать меры к быстрейшему выполнению работ, находящихся на критическом пути. Выделение работ критического пути жирными стрелками, т.е. узких мест, позволяет руководству концентрировать внимание на этих работах и тем самым улучшает управление ходом разработок.

Резерв времени свершения i-го события (P_i) – это разность между допустимым поздним сроком свершения события (Т_iⁿ) и возможным ранним сроком свершения события (T_i^p): P_i = Т_iⁿ – T_i^p. Этот резерв показывает, на сколько можно задержать свершение этого события без срыва конечного срока разработки изделия.

Поздний срок свершения события – это допустимый максимальный срок его свершения, при котором завершающее событие наступает в заданный срок. Следовательно, у завершающего события, как и у всех событий, находящихся на критическом пути и не имеющих резерва, поздний срок свершения события равен раннему сроку свершения события.

Ранний срок свершения события – минимальный из возможных моментов наступления заданного события при заданных продолжительностях работ.

T_i^p =T[L(I i)_max],

Т_iⁿ= T[Lкр]- T[L(i I)_max],

где I – конечное событие работы;

i – начальное событие работы;

T[Lкр ] – продолжительность критического пути.

Полный резерв времени для выполнения работы – это максимально возможный период времени, на который можно отсрочить начало или увеличить продолжительность данной работы без срыва срока завершения комплекса:

.

Свободный резерв времени для выполнения работы – это максимальный период времени, на который можно отсрочить начало или увеличить продолжительность работы, не изменяя при этом ранних сроков начала последующих работ:

.

Методы оценки параметров сетевого графика делятся на аналитические методы (графический метод, табличный метод, матричный метод) и методы, основанные на теории статистического моделирования.

Т_рнij= T_i ^p

Т_поij= Т_j ⁿ

Т_роij= Т_рнij + t_ij

Т_пнij= Т_поij – t_ij

Оптимизация сетевых моделей – это процесс поиска путей перераспределения и выделения дополнительных ресурсов с целью сокращения продолжительности критического пути. Сначала анализируются пути сокращения продолжительности критического пути за счет пересмотра топологии сетевого графика с целью рассмотрения возможности параллельного выполнения работ, находящихся на критическом пути. Исходя из имеющихся возможностей и особенностей выполнения работ, можно перераспределять ресурсы таким образом, чтобы часть работ выполнялась параллельно за счет использования ресурсов для работ, имеющих резервы времени. Затем рассматриваются возможности сокращения продолжительности работ путем выделения дополнительных ресурсов. При этом предполагается, что продолжительность большинства работ может быть сокращена при дополнительном выделении ресурсов. Однако продолжительность не всех работ можно уменьшить, а продолжительность некоторых работ можно уменьшать только до определенных пределов, при достижении которых никакие выделения дополнительных ресурсов не приводят к их сокращению. Этот предел может быть определен, например, длительностью технологического процесса или другими факторами. Экстремальная продолжительность означает минимально возможную продолжительность работы.

Примеры разработки и расчеты параметров сетевых графиков представлены в прил. 7.