關鍵鏈技術在項目進度管理中的研究進展

文/賈雨金 郭 海

關鍵鏈技術在項目進度管理中的研究進展

文/賈雨金 郭 海

摘 要：關鍵鏈技術是一門新興的技術。與傳統的項目進度管理技術相比，最大優勢就在于考慮了資源的約束，因此，成為了近年來人們研究的重點及熱點。本文對近期國內外在關鍵鏈技術方面的研究現狀進行概括總結，為該技術的進一步研究與應用提供參考。

關鍵詞：關鍵鏈技術；識別；緩沖區；進展

目前，我國正由計劃經濟向市場經濟轉軌，在非經營性政府投資工程項目的管理中，存在著對項目功能與方案審核不力、政企不分、專業技術人員缺乏、管理粗放、地方壟斷和地方保護、缺乏競爭等許多問題。關鍵鏈技術是繼CPM/PERT之后項目管理領域的一大進步，與傳統項目進度管理方法相比最大優勢就在于考慮了資源的約束，因此，成為了近年來人們研究的重點及熱點。本文針對近年來關鍵鏈技術的研究進展進行了總結和回顧，并且在此基礎上對其下一步發展方向做出了自己的預測。

1.關鍵鏈技術的研究回顧

關鍵鏈項目管理(Critical Chain Project Management，CCPM)是以色列物理學家高德拉博士基于約束理論提出的一種項目管理的新方法。關鍵鏈是指項目中既考慮活動間的先后關系又考慮資源約束關系的最長工序列，是決定項目工期的制約因素。其中緩沖區的設置和估計是CCPM的核心。高德拉博士在其著作中提出通過設置項目緩沖(Project Buffer， PB)、匯入緩沖(Feeding Buffer， FB)和資源緩沖(Resource Buffer， RB)來消除不確定因素對工期的影響[1]。

2000年，Larry P. Leach[2]發表文章指出關鍵鏈具有“專注性”特點，并認為關鍵鏈與關鍵路線最大的區別在于資源依賴性和路線穩定性；同年，Graham K. Rand認為造成項目工期拖延的主要原因在于傳統進度管理中的里程碑設置，關鍵鏈技術較之傳統項目進度管理的最大進步則體現在將里程碑的思想淡化。

2001年Herman Steyn[3]就關鍵鏈的創新性問題對其基本假定進行了調研，證明了關鍵鏈技術在進度管理等方面具有實用性。Herroelenl[4]在2001年通過實例將CCPM與傳統的項目管理方法進行了比較，得出CCPM優于關鍵路徑(CPM)及計劃評審技術(PERT)的結論，并總結了CCPM的優缺點。但是，Herroelenl也指出CCPM只能解決部分資源受限條件下的項目管理問題，原因在于項目進度管理的實際過程是復雜的，而CCPM將這一過程簡單化了。

2007年，Watson[5]對關鍵鏈技術及傳統進度計劃技術(CPM和PERT)進行了進一步的研究，結果表明關鍵鏈技術可以更加有效地縮短工期。2009年，Bevilacqua M[6]將關鍵鏈技術與傳統的項目進度管理方法進行了比較，進而指出二者的區別，并強調關鍵鏈技術的優越性。

通過國外眾多學者對關鍵鏈基本理論的研究，關鍵鏈技術的可行性及正確性得到了證實，這為后續關鍵鏈的進一步發展、豐富與運用奠定了良好的基礎。 關鍵鏈理論提出之后引起學術界的廣泛關注，一部分學者驗證了其假設的正確性、方法的合理性，而大多數學者將關注的重點集中在關鍵鏈的核心技術上，使關鍵鏈理論得到進一步的豐富與完善。

Herroelen[7]總結了一個關鍵鏈識別的通用框架：首先在資源受限項目的調度模型基礎之上建立數學優化模型，并運用模型生成可行的項目調度方案；其次，根據項目目標調整，得到新的項目調度計劃；最后將自由時差為零的工序連接起來成為關鍵鏈。TOMuBRT認為關鍵鏈的管理方法具有經驗主義的特征，因此采用離散數學模型，建立基于AON的進度計劃網絡圖，在此基礎尋找關鍵路線，最后確定關鍵鏈的結構和長度。2007年，Rabbani[8]提出采用反向調度方法識別關鍵鏈，該方法綜合考慮了活動時間的概率密度分布及隨機網絡環境，提倡使用決策點來確定任務的結束時間。同年，Long和hsat[9]在其文章中提出基于資源約束和不確定性環境下的模糊關鍵鏈法，該方法的核心思想是任務可以在一定的范圍內變動，而任務的時間必須根據具體的內容和資源情況來確定。

2000年Shou[10]等認為對于不同的項目應當采取不一樣的安全水平，在緩沖區尺寸大小的設置中應更多地考慮項目管理員對待風險的態度及每項任務的不確定性程度。 2002年Leaeh對項目延期及成本超支問題進行了研究，找出了二者產生的原因，并提出成本緩沖、匯入緩沖的設置方法。

從國外學者的研究來看，關鍵鏈識別的具體方法千差萬別，但是都遵循基本的原則，即資源受限項目(Resource Constrained Project Scheduling Problem， RCPSP)調度理論。同樣，緩沖區的設置也有十余種方法。時至今日，無論是關鍵鏈的識別還是緩沖區的設置都沒有達成共識。因此，關鍵鏈的識別與緩沖區的設置有待進一步的研究。

2.國內關鍵鏈技術研究現狀

（1）關鍵鏈的識別

關鍵鏈技術的研究在國內起步較晚，在關鍵鏈的識別方面劉士新、萬晨等起到了領航的作用。劉士新考慮資源受限條件下關鍵鏈的確定問題；王會玲則主要通過啟發式算法來確定工期一定的情況下多資源的平衡；劉娟對啟發式算法進行了改進，認為在多工序爭奪資源的情況下，項目工期的縮短是首要目標，她提出在找出關鍵路徑的基礎上對有資源沖突的工序進行調整，修改緊前緊后關系，得到了最長鏈路即為關鍵鏈[11]；而冉桂萍則在參考萬晨方法的基礎上提出了一種將多資源約束轉換為單資源約束的方法，該方法的核心在于權重的設置，主張針對不同資源的特點和供應數量設置相應的權重，大大提高了啟發式算法的應用性；田文迪等在啟發式算法中引入動態規劃的思想，使得關鍵鏈的識別更加科學.

彭武良認為項目中的關鍵鏈具有唯一性，提出通過二次調度的方法來解決緩沖加入后產生的資源沖突，運用混合遺傳算法實現優先權的排序，最后求得最優解。龔俏巧在綜合考慮關鍵鏈工序自身因素及非關鍵鏈工序對其影響的基礎之上采用遺傳算法得出近似最優關鍵鏈，并在文章中通過對PsPUB中典型案例的求解來描述遺傳算法的運用過程。2011年，龔婷對隨機網絡中的關鍵鏈進行了定義并提出了關鍵鏈在隨機網絡中的識別方法及識別步驟。同年，鐘穩等針對多項目進度管理問題，提出了關鍵鏈束的概念，認為在多項目中資源間的約束不僅存在項目內部也存在項目之間，每個項目均存在關鍵鏈，關鍵鏈的集合即為關鍵鏈束。主張用關鍵鏈束來表征多項目瓶頸。 2012年李俊亭提出關鍵鏈多項目整體調度的啟發式算法，旨在解決多項目間的資源沖突問題，該方法通過將多項目優先級轉化為項目單位時間延遲損失進而使用單項目資源進度的啟發式算法來實現多項目間的資源優化[12]。但是該方法需要運用關鍵鏈多項目網絡概念模型、數學模型及優化目標、調度算法等，理論上可行，推廣到實際的運用中有一定的難度。2012年，劉瓊為解決關鍵鏈調度方法的解的魯棒性較差問題，在關鍵鏈多項目調度模型中引入了魯棒性指標，并在此基礎上提出結合遺傳算法實現多項目的混合優化，得出各活動的優先權排序，進而生成多項目調度計劃，避免了現有優先規則在選取上的主觀性及選擇范圍局限性兩個缺陷。

從目前的資料來看，國內學者對關鍵鏈的識別方法研究主要分為兩大類：一是主張采用啟發式算法，一是主張采用遺傳式算法。兩種算法對計算機的軟件編程能力要求均較高，在理論上是可行的，但在實際運用中卻造成了諸多不便，因此，兩類算法都有待改進，使之更便于項目管理者的運用。

（2）緩沖區的設置

目前，國內外有關CCPM的研究中，設置緩沖最常用的方法有：剪切粘貼法、根方差法。

剪切粘貼法也稱50%法，該方法是去除各項工作的安全時間，然后將其總和的1/2作為緩沖量設置在鏈路的末端。該方法的優點是計算簡便，但主觀性太強，將工序工期減半缺乏科學性，而且緩沖區大小與累計安全時間成線性關系，隨著不同項目工序數的不同，容易造成緩沖區過大或者過小的現象。根方差法假定鏈路上的工序工期相互獨立，以2倍鏈路標準差作為鏈路的緩沖估計，即：

FB表示非關鍵鏈路的緩沖量，t表示工序的安全時間，n對應鏈路上的工序數。根方差法對緩沖的設置未考慮項目的特點和屬性，對不同項目采用相同的處理方式，將影響項目計劃的可行性和優化性。

國內許多學者對此進行了研究，并在根方差法的基礎上提出各種緩沖區的優化方法。

楊立熙提到在設置緩沖時要考慮鏈路工序數大小、工序執行時間不確定程度和開工柔性程度三個與具體項目相關的屬性對項目計劃性能的影響[13]。褚春超認為緩沖的設置必須考慮資源的約束程度，工序的復雜程度及管理者的風險偏好。劉士新等人經過仿真提出采用工作的自由時間作為匯入緩沖的大小有時會導致緩沖區過大。

2011年，林晶晶從不確定性來源出發，對引起工序不確定性的因素進行了深入分析，采用嫡權距離綜合評價法量化不確定性因素，得出各工序的不確定性系數，進一步計算出工序中包含的安全時間，將其作為緩沖尺寸計算的依據。

2012年，楊小平在總結以往關鍵鏈緩沖設置方法的基礎上引入排隊模型以求解多資源約束下的時間緩沖，通過構建成本函數，結合實例確定與企業資源相對應的最優緩沖尺寸。

總體上來看，國內學者對緩沖區設置主要集中在緩沖區尺寸大小上，但忽略了關鍵鏈路上的工作沒有時差，而非關鍵鏈路上的工作存在時差。采用相同的計算方法設置項目緩沖和匯入緩沖極可能出現匯入緩沖量大于工作總時差的現象。當匯入緩沖量超出非關鍵鏈末端工作的總時差時可能會引起新的資源沖突，改變整個項目工期，使原來的關鍵鏈轉變為非關鍵鏈等，從而失去設置匯入緩沖的意義。同時，將項目緩沖與匯入緩沖統一設置在鏈路的末端，不便于進行項目進度的管理。

（3）關鍵鏈在項目進度管理中的運用

現在國內關鍵鏈技術的應用還處于初級階段，但隨著項目管理復雜性的增加及其在國外取得的顯著成績必將推動關鍵鏈技術在國內的使用。在國內，廣東、北京等幾個地方的關鍵鏈運用的效果較為明顯，比如深圳一家表業制造公司在業務擴充的過程中遇到了很多問題，其采用關鍵鏈的思想之后，一個月之內項目生產效率大大提高，工作時間縮減了57%～63%。2005年，中鐵五局將關鍵鏈思想引入到TNPM中，對青藏高原施工進行可行性分析，取得了滿意的效果。除此之外，國內學者對關鍵鏈如何在項目進度管理中發揮作用也進行了大量的理論研究。如表1所示：

表1 關鍵鏈在項目進度管理中的運用現狀

3.結語

筆者認為，目前國內和國外對于關鍵鏈技術的研究都主要集中在三個方面：關鍵鏈的識別方法、緩沖區的設置及關鍵鏈技術在項目管理中的運用。而關鍵鏈的確定與緩沖區的設置均未有統一的方法；同時對于緩沖區的預警機制相關研究較少；現有的關鍵鏈技術僅僅是以縮短工期為目標，而實際項目中目標往往是多樣化的，如成本最低，資源消耗最小；關鍵鏈技術的實現需借助于大量的計算機軟件如項目管理的P3軟件，但現有關鍵鏈技術與這些計算機軟件的融合度不高。因此如何實現關鍵鏈與計算機軟件的結合、預警機制的進一步完善以及如何實現關鍵鏈的多目標化將是學術界未來的研究方向。

參考文獻

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〔基金項目：全軍后勤專業科研計劃〕

作者單位：（解放軍總醫院海南分院/解放軍總醫院）