Сетевое планирование и управление производством. Курс лекций

ЧТО ТАКОЕ СИСТЕМА СЕТЕВОГО ПЛАНИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ

«Система сетевого планирования и управления (СПУ) является комплексом графических и расчетных методов, организационных мероприятий

иконтрольных приемов, обеспечивающих моделирование, анализ и динамическую перестройку плана выполнения сложных проектов и разработок» [2, с. 8].

Сетевое планирование – это графическое представление плана работ, отражающее их взаимосвязь и величину с целью последующей оптимизации разработанного графика.

Взависимости от масштаба комплекса работ различают системы СПУ

сбольшими разработками (с числом событий в сети более 10,0– 20,0 тыс.), средними (от 1,5 до 10,0 тыс.) и малыми (от 1,0 до 1,5 тыс.).

Вслучае небольших разработок, описываемых сетью, насчитывающей несколько десятков событий, использование методов СПУ также целесообразно, хотя при этом достаточно применение упрощенных схем.

Конечным продуктом применения СПУ является выявление и оптимизация использования ресурсов временных, человеческих, материальных и финансовых; мониторинг управления комплексом работ с прогнозированием

ипредупреждением возможных сбоев хода работ; повышение эффективности управления в целом при четком распределении ответственности между руководителями разного уровня и ответственными исполнителями.

СПУ, помимо графического изображения, широко использует аналитическую запись плана работ. Совокупное использование данных методов позволяет повысить эффективность отражения взаимосвязей, присущих всей совокупности работ. Метод СПУ концентрирует внимание руководителей на критических направлениях выполнения работ, позволяет перераспределять имеющиеся ресурсы в соответствии с предполагаемым ходом выполнения работ для достижения поставленных целей и задач.

Вотдельных случаях сетевые графики используются только для координации ряда работ, которые выполняются параллельно. В этом случае СПУ выполняет только плановые функции.

Таким образом, как указывает российский ученый И. М. Разумов [2, с. 9, 13], СПУ является одним из методов управления сложными динамическими системами с целью обеспечения определенных оптимальных показателей. Такими показателями в зависимости от конкретных условий, заданных требований могут быть минимальное время выполнения всего комплекса работ, минимальная стоимость разработки, максимальная эффективность использования ресурсов. Наиболее эффективными областями применения СПУ являются крупные межведомственные проекты, крупные стройки, подготовка производства новых видов продукции и комплексные научные исследования.

Классифицировать СПУ можно по следующим признакам: а) важности разработки;

б) объему разработки; в) числу сетей;

г) числу целей сетевой модели; д) контролируемым параметрам; е) ресурсным ограничениям.

Работы по СПУ можно разделить на две стадии. Первая стадия включает в себя следующие этапы:

а) составление исходного сетевого графика, основанного на детальных знаниях технологии работ, при точном соблюдении технологической последовательности всех связей и взаимосвязей;

б) комплексный анализ правильности составления графика; в) оптимизация решений, заложенных в графике, методом последова-

тельного их улучшения.

Вторая стадия – это оперативное управление и мониторинг хода работ. Следует отметить, что применять СПУ можно на любой стадии, однако целесообразно, с позиций эффективности, применение СПУ с самого начала

работ, тогда СПУ дает наибольший эффект. Характерные черты СПУ:

1)высокая объективность планирования и оперативность управления (прогноз хода выполнения работ и использования имеющихся ресурсов);

2)системный подход в области менеджмента (исполнители работ рассматриваются как элементы одной системы, с учетом взаимосвязей, влияния друг на друга и на конечный результат работы);

3)СПУ определяет области критических вопросов, что также позволяет измерить неопределенность, характерную инновационным продуктам.

Основные элементы и понятия СПУ. Основы построения сетевой модели

В качестве информационной динамической модели, отражающей процесс выполнения комплекса операций (инженерной разработки, строительства и т. д.) и его конечную цель (цели), в системах СПУ используется сетевая модель, в которой весь комплекс операций расчленяется на отдельные, четко определенные работы.

Сеть отображает логическую взаимосвязь и взаимообусловленность всех работ, определяющих последовательность выполнения всего комплекса.

Основу сетевого графика составляют три понятия:

1)работа;

2)событие;

3)путь.

Сетевая модель может быть изображена в виде ориентированного графа, состоящего из стрелок и кружков, называемых сетевыми графиками (сетью). Простейший пример сетевого графика представлен на рис. 2.

3 4

Рис. 2. Пример сетевого графика

Стрелками на графике изображаются отдельные работы. Термин «работа» используется в широком смысле и может иметь следующие значения:

а) действующая работа – трудовой процесс, требующий затрат ресурсов, временных, людских, финансовых и т. д. Например, разработка ТЗ, проектирование КД, процессы заказа и получения материалов, изготовления материальной части и т. д.;

б) «ожидание» – работа, требующая только временных затрат. Например, процесс отвердения бетона или полимеризации клея и т. п. Ожиданием можно идентифицировать деятельность контрагентных организаций, если эта деятельность в сетевом графике не раскрывается;

в) «зависимость» или «фиктивная работа» – логическая связь между двумя или несколькими событиями, не требующая затрат ресурсов, но указывающая, что возможность начала работы (одной работы) непосредственно зависит от результатов другой. Как правило, действующие работы и «ожидание» изображаются на сетевом графике сплошными стрелками, а «фиктивные» – пунктирными (рис. 3).

Рис. 3. Пример представления действительной работы и «зависимости», или «фиктивной работы»

Кружки на графике отображают конечные результаты работ. При этом важно различать частные результаты отдельных работ и суммарный результат нескольких работ, стрелки которых сходятся к одному кружку. Следует отметить, что каждая работа должна иметь определение, четко и однозначно раскрывающее ее содержание.

Работа является процессом, который необходимо совершить. Продолжительность работы, как любого процесса, может быть измерена количественно: во времени (наиболее востребованная форма), в денежной оценке или в каком-либо ином измерителе, например, характеризующие ее трудоемкость, материальные ресурсы, необходимые для ее выполнения и т. д.

Конечный результат любой работы важен не только как факт окончания данной работы, но и как необходимое условие для возможности начать следующую работу. Очевидно, если какая-либо работа может быть начата только после окончания нескольких других работ, то необходимым условием для ее начала является окончание всех этих работ. Этот факт принято называть термином «событие». Следует отметить, что временная продолжительность события равна нулю.

Таким образом, на рис. 2 кружки с «1» по «6» – события, характеризующие факт свершения одной работы (входящей в соответствующий кружок) и начало другой работы (выходящей из соответствующего кружка).

События бывают простые и сложные. Событие, в которое входит одна работа, называется простым (на рис. 2 это события «1», «2», «4», «7»). Событие, в которое входит несколько работ, называется «суммарным» или сложным (на рис. 2 это события «3», «5», «6»).

На сетевом графике обозначенные работы соединяют два события: непосредственно предшествующие данной работе (являющееся для нее начальным событием) и следующее за ней (являющееся для нее конечным событием). Всем событиям присваивается определенный цифровой шифр. Таким образом, всякая работа, изображенная на сетевом графике, может быть закодирована шифрами ее начального и конечного события. Например, работы на рис. 2 обозначаются как (0, 1), (1, 2), (1, 3) и т. д. События должны быть, безусловно, конкретными, предельно ясными и существенными для проекта. Они должны быть точно сформулированы и понятны для всех участников, привлекаемых к выполнению работ.

События следуют одно за другим в строгой последовательности и находятся в однозначной взаимосвязи друг с другом. Каждому событию соответствует определенное календарное время. Событиями могут служить следующие факты: приказ о начале работ или формировании комиссии, окончание изготовления деталей или сборочных единиц, завершение сборки или проекта.

В отличие от работы, событие не является процессом, а, как отмечалось выше, определяет факт получения конечных результатов всех предшествующих ему работ и готовность к началу непосредственно следующих за ним работ. Отсюда двойственный характер события: с одной стороны, оно является для одних работ окончанием; с другой, – для других работ началом. Событие не может наступить прежде, чем свершатся все предшествующие ему события

и не будут выполнены все работы, соединяющие его на графике с этими событиями.

Необходимо как можно точнее формулировать события. Допустим, например, что работа (1 – 2) на сетевом графике (рис. 2) представляет собой процесс разработки ТЗ. Следовательно формулировка события 2 может быть следующей: «ТЗ разработано и утверждено». Формулировка события 2 в виде: «Необходимо закончить и утвердить ТЗ» является некорректной.

Точная формулировка событий концентрирует внимание не только, какие работы должны быть выполнены, но и на то, каким должен быть результат каждой работы, в каком конкретном виде она должна быть закончена для того, чтобы могла начаться следующая за ней работа. Это особенно важно

втех случаях, когда последующая работа выполняется другим исполнителем, например, смежным подразделением или контрагентом.

На сетевом графике всегда существуют, по крайней мере, два особых события: исходное и завершающее.

Исходное событие характерно тем, что оно не является следствием или результатом ни одной из работ, входящих в данный сетевой график, т. е. оно не имеет предшествующих работ и событий. Поэтому на сетевом графике

внего не входит ни одной стрелки. Пример формулировки исходного события: «Решение совета директоров о проектировании и строительстве нового завода принято».

Завершающее событие характерно тем, что оно не является условием начала ни одной из работ, входящих в данную сеть, т. е. оно не имеет последующих за ним работ и событий. Поэтому на сетевом графике из него не выходит ни одной стрелки. Пример формулировки завершающего события: «Акт о сдаче завода в эксплуатацию утвержден».

Любая последовательность работ в сети, в которой конечное событие каждой работы совпадает с начальным событием следующей за ней работы, называется путем, иногда в литературе можно встретить это определение как «поток» или «цепь», например, [3, с. 17].

Следует различать пути трех видов:

1)путь, начало которого совпадает с исходным событием сети, а конец –

сзавершающим, называется полным путем;

2)путь, соединяющий какие-либо два события, из которых ни одно не является ни исходным, ни завершающим, называется путем между событиями;

3)критический путь – путь, имеющий наибольшую продолжительность.

Если известна продолжительность каждой работы tij , то для каждого

пути может быть вычислена его длина (продолжительность) L. В качестве примера рассмотрим рис. 4.

Предположим, что продолжительность работ, приведенных на рис. 4, соответствует данным, указанным в табл. 1.

Длина пути 0, 1, 2, 5, 6, 7 равна 20 месяцев. Длина пути 0, 1, 3, 4, 6, 7 равна 21 месяц, следовательно это критический путь tкр, который изображен

на графике жирными стрелками.

Возможна ситуация, когда несколько критических путей, но для простоты предположим в дальнейших рассуждениях наличие только одного критического пути.

Понятие продолжительности критического пути чрезвычайно важно в системах СПУ.

Продолжительность критического пути линейно связана с продолжительностями работ, составляющих этот путь. Следовательно изменение длительности любой из работ критического пути влечет за собой изменение общей продолжительности разработки (проекта). На этих работах руководители должны сосредоточить внимание в первую очередь. Именно понятие критического пути в системах СПУ используется в качестве основы для оптимизации плана по конечному сроку создания нового объекта (проекта). Чтобы сократить продолжительность критического пути, необходимо использовать дополнительные ресурсы на работах этого пути. При этом, в первую очередь, нужно предельно использовать резервы, имеющиеся на самой разработке, снимая часть ресурсов с менее напряженных путей и усиливая ими работы

критического пути. Отсюда требование: для проведения оптимизации необходимо знание ресурсов времени всех работ.

Возможность в наглядной форме представить именно ту последовательность работ, которая определяет общие сроки выполнения проекта, выгодно отличает сетевые графики от графиков других типов. Это преимущество сетевых графиков особенно важно при создании сложных объектов, разработка и изготовление которых требуют выполнения большого количества разнообразных работ с участием десятков и сотен подразделений и организаций исполнителей.

Как показывает практика, чем больше работ в сетевом графике, тем меньше удельный вес работ, лежащих на критическом пути. Так, подмечено, что при количестве работ порядка 100, на критическом пути лежат 10 – 12 % работ; при количестве работ порядка 1000, на критическом пути будет 7 –8 % работ; при количестве работ порядка 5000, на критическом пути будет находиться 3 – 4 % работ.

Большое количество событий в сети ведет к трудностям восприятия сетевого графика, поэтому в этом случае, как правило, сеть составляется по частям разработки.

Следует отметить, что количество работ и событий в сетевом графике не одинаково. Чем больше работ и взаимосвязей между событиями, тем сложнее сетевой график. Сложность сетевого графика характеризуется коэффициентом сложности, который определяется отношением количества работ сетевого графика к количеству событий.

При коэффициенте 1 графики считаются простыми.

При коэффициенте 1,5 графики считаются средней сложности, а при коэффициенте 2 и более – сложными. Например, на рис. 4 приведен простой график, а на рис. 2 – средней сложности.

Количество работ в графике зависит от степени детализации работ, которая может осуществляться до того предела, который только допускает технология, т. е. детализация работ ведется до технологически нерасчленяемого процесса.

ПРАВИЛА ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕВОГО ГРАФИКА

Основные правила, которых следует придерживаться при построении графика:

1)необходимо в технологической последовательности выявить те работы, которые должны быть завершены раньше, чем начнется данная работа;

2)необходимо выявить, какие работы могут быть начаты после завершения данной работы (также в технологической последовательности);

3)выявить, какие работы допускает технологический процесс выполнить одновременно с выполнением данной работы.

Важнейшим вопросом построения сети является четкое определение всех взаимосвязей между работами в их технологической последовательности. Здесь следует подчеркнуть, что ни в коем случае нельзя допускать никаких отклонений в сетевом графике от технологии, ибо любое малейшее нарушение может привести к отрицательным последствиям при его внедрении.

После точного определения всех взаимосвязей и последовательности работ можно приступать к построению сетевого графика. При первоначальном построении сети можно совершенно не обращать внимания на внешний вид сетевого графика (различные пересечения стрелок и даже их направление). Самое главное – это точно воспроизвести на графике связи между всеми работами. В связи с этим, первый вариант сетевого графика получил название «неупорядоченный» сетевой график. Пример такого графика показан на рис. 5.

Рис. 5. Неупорядоченный график

После завершения чернового (неупорядоченного) варианта сети производится упорядочение с тем, чтобы этим графиком было удобно пользоваться и, чтобы он имел большую наглядность и простоту. На рис. 6 показан упорядоченный вариант сетевого графика, изображенного на рис. 5.

Рис. 6. Упорядоченный вариант сетевого графика

При построении сети встречается ряд типовых случаев графического изображения фрагментов технологии работ, которые обосновываются рядом строгих правил, отклонения от которых сводят эффективность сетевого планирования и управления к нулевой отметке. Рассмотрим эти случаи:

1)в сети нельзя допускать «тупиков», т. е. событий, из которых не выходит ни одной работы (событие «2» на рис. 7), если эти события не являются для данной сети завершающими. Наличие «тупиков» в сети указывает либо на ошибку, либо на то, что результат работ, непосредственно предшествующих этому событию, никому из исполнителей данного комплекса работ не нужен. Следовательно такие работы излишни, их можно аннулировать;

2)в сети не должно быть событий, в которые не входит ни одной работы (событие «5» на рис. 7), если эти события не являются для данной сети исходными. Наличие таких событий в сети свидетельствует либо о случайной ошибке, либо о том, что результат (событие), необходимый одному из исполнителей данного комплекса работ, как исходное условие для начала выполняемой им работы, никому не задан, и следовательно данное событие не может совершиться. При обнаружении такого события и действительной необходимости результата, определяющего это событие, необходимо найти исполните-

лей работ, обеспечивающих достижение данного результата, включить эти работы в сеть;

3) в сети не должно быть замкнутых контуров (циклов), т. е. путей, соединяющих некоторые события с ним же самим (события «3», «4», «6» на рис. 7). Это может указывать на случайную или логическую ошибку, допущенную при построении сети. При обнаружении подобной ошибки, сеть после соответствующей проверки необходимо исправить. В случае, когда ряд работ повторяется во времени, да к тому же сложно определить точно число возможных повторений, то работа (процесс) изображается на сети только один раз, а различное количество возможных повторений учитывается при определении временного параметра работ. Временная характеристика работы должна быть интегральной и учитывать среднюю продолжительность работы и различное количество повторений, поэтому в подобном случае дисперсия временного параметра работы должна быть достаточно велика.

3 7

Рис. 7. Вариант сетевого графика

Нельзя допускать также работ, имеющих одинаковые шифры, т. е. работ с общим начальным и конечным событиями. Подобная ошибка может появиться при изображении параллельно выполняемых работ. В подобных случаях в сеть должны быть введены дополнительные события и фиктивные работы.

Также с помощью фиктивной работы разрешается ситуация с диффе- ренцированно-зависимыми работами, когда какое-нибудь событие является результатом двух или более предшествующих работ и началом двух или более последующих работ. При этом для выполнения некоторых работ могут потребоваться результаты всех работ, и в тоже время могут присутствовать работы, для выполнения которых требуются результаты одной или нескольких работ. Данный случай проиллюстрирован на рис. 8. В случае, если для выполнения работы «3 – 5» требуется выполнение работ «1 – 3» и «2 – 3», а для выполнения работы «3 – 6» необходимо выполнение только работы «2 – 3», то график на рис. 8 принимает вид, представленный на рис. 9 (работа «4 – 3» – «фиктивная»). Параметры работы «4 – 3» принимаются равными 0.