淺談關鍵鏈技術在電廠大修進度管理中的應用

雒煥勝 LUO Huan-sheng

（蘭州交通大學土木工程學院，蘭州 730070）

0 引言

高德拉特提出的“關鍵鏈”這一新的概念，與傳統項目進度管理不同的是，關鍵鏈不僅需要考慮各項工序之間的相互邏輯，還需要考慮相應的各項工作之間的資源受約束的情況，以及在工程項目施工中人的行為心理因素，這將組織行為學的一些研究結果應用到項目進度的管理中，從而補充了傳統項目進度管理方法中的一些不足之處，為項目進度管理提供了一種全新的科學方法。項目負責人將該種方式應用于高度復雜的發電企業大修項目活動時，降低了項目管理難度，同時結合任務量、人力資源投入量，編制合理的進度計劃，確保了人員安排、調度的科學性。

1 關鍵鏈技術基本思想

關鍵鏈技術認為項目管理人員為了使工程項目的工期能夠按期完成，通常對各個需要完成的分項工期進行估計都是采取比較保守的態度，為防止意外發生通常會留出多余的安全時間，并以這個工期作為項目進度計劃的工期。關鍵鏈技術除了對分項工程的工期中存在的安全時間提出質疑之外，還會認為資源的有效利用率是不可能平衡的，根據是否影響工程項目進度把資源分為瓶頸資源和非瓶頸資源，為了使工程項目進度能夠順利的進行，必須對約束項目進度的瓶頸資源加以解決，消除資源的沖突問題，提高其利用率。

1.1 關鍵鏈技術和傳統進度管理對比

關鍵鏈技術是在傳統的CPM、PERT方法基礎上逐漸發展起來的，其表現形式均為網絡計劃圖，均通過壓縮關鍵工作的持續時間來達到減少項目總工期的目的，但關鍵鏈技術和傳統進度管理還是有很大區別，具體如下：

1.1.1 對待資源態度不同

傳統進度管理方法只考慮工序間的邏輯關系，不考慮資源約束對工序的影響；關鍵鏈技術不僅考慮工序間的邏輯關系，還結合資源約束進行考慮，合理分配資源，提高項目進度。

1.1.2 對待風險因素態度不同

以往的工程項目進度管理方法為了避免項目延期風險，采用90%的完工概率制定計劃；而關鍵鏈技術通過50%可能完工概率進行估計，插入三大緩沖區，通過對緩沖區的管理來解決不確定性因素對項目工期的影響。

1.1.3 對待人的行為因素態度不同

以往的進度管理方法不考慮人的行為心理因素，只是注重技術的因素，由于學生綜合征、墨菲定律、帕金森定律、安全時間過度估計等造成工期延誤；關鍵鏈技術考慮人的行為因素，以50%可能完工概率估計工期，給員工一種工作緊迫感，避免了人的行為因素對項目造成工期延誤。

1.1.4 網絡圖表現形式不同

傳統進度管理方法只考慮工序邏輯關系，只有一條起點和終止節點非常明確的關鍵路徑；關鍵鏈技術考慮工序間邏輯關系以及資源約束的影響，通過不同資源優先規則可能得到多個關鍵鏈路。

1.1.5 確定關鍵線路次數不同

以往的進度管理方法通過計算一次確定關鍵路徑；關鍵鏈技術通過均衡資源沖突、插入緩沖區識別關鍵鏈，不斷完善，直至最終確定關鍵鏈。

1.2 關鍵鏈技術的隱含假設

關鍵鏈技術是建立在一定的估計工期基礎之上的，這些隱含假設主要包括如下幾個內容：

①項目約束被視為關鍵鏈的主要內容。

②項目工期估計中的人的心理因素。

③項目實施階段的行為假設。

④非關鍵鏈上的工作安排服從資源約束的要求。根據約束理論的思想，資源必須服從于關鍵鏈上受限制的資源，關鍵鏈將不再考慮各項資源均衡的問題。

1.3 關鍵鏈實施步驟

關鍵鏈技術方法是在傳統進度管理方法的網絡圖及關鍵線路的基礎上發展起來的。主要步驟為：

①通過WBS的分解以獲取相應的任務清單，繼而以此為前提通過建立相關任務邏輯后形成網絡圖[1]，找出關鍵線路。

②各項工作需要從新估計工期，消除安全時間。對每個工序進行重新的工期估計，是為了避免人的行為心理所帶來的保守估計工期，這樣做是為了使項目執行者感覺到任務緊迫性，保證各工序的工期不發生延期現象。

③解決有限資源的束縛和資源的沖突情況，正確認識項目關鍵鏈。在平衡各項資源和消除多余安全時間的前提下重新計算網絡圖中各個工序的時間參數，找出最長的路徑，作為關鍵鏈。

④設置關鍵鏈中的時間緩沖區。根據項目管理中的風險聚合原理和墨菲定律，設置相應項目進度計劃管理中的時間緩沖，具體有項目緩沖、匯入緩沖和資源緩沖。

⑤建立緩沖管理機制。監控關鍵鏈進度計劃就是對項目的時間緩沖進行有效的監督和控制。

1.4 關鍵鏈相關方法

1.4.1 剪貼法

高德拉特最先提出了剪貼法，該方法又被稱之為50%方法。即在預估工期的基礎上去除其中的50%工期，將去除的這部分工期設置于項目進度最后的緩沖階段，同時對其中的關鍵路徑確定為關鍵鏈[2]。緩沖期通常為關鍵鏈總體工作中50%的安全時間。具體計算如下：

其中PB的含義是項目緩沖；△ti的含義是工序安全時間；n的含義是關鍵鏈中的工序數。

前不久，習近平總書記在民營企業座談會上發表重要講話時強調，“要不斷為民營經濟營造更好發展環境，幫助民營經濟解決發展中的困難，支持民營企業改革發展”。

剪貼法在實際應用的過程中存在一定的優勢但是也有不足。其優勢主要是應用靈活可以在不需要考慮任何風險性的情況下通過50%工序壓縮的方式即可獲取緩沖區域的時間長度。但是不足之處就在于未對供需持續時間估算存在的風險性和波動性進行解釋的情況下容易導致最終所設置的緩沖區域與實際需求存在偏差。

1.4.2 根方差法

從一定程度上來說可以認為跟差法是在剪貼法的基礎上進行了優化，但是計算方式更加的精準與嚴謹，相對來說其是通過對50%工時進行縮減的方式計算最終的結果的。也就是該方法認識到了對風險因素考慮的重要性，所獲取的計算結果更加的精準。以下為具體的計算流程：

上式中n表示為項目緩沖；PB的含義是關鍵鏈中的工序數；△ti的含義是i工序的安全時間。

根方差法的應用優化了關鍵路徑上的工時，同時在原有基礎上進行工作包范圍壓縮的方式，一方面避免了管理人員和施工單位關于工作進度和時間安排上存在的沖突，另一方面可以為緩沖區域設置過程的問題提供有效的解決路徑。但是如果獨立性對路徑上工作包工期壓縮進行預算的話難以將工作包間存在的邏輯關系考慮在內，甚至有可能會產生緩沖量估算偏差的問題。此外，根方差法存在一定的不足，因為結合計劃評審技術的應用下來獲取相應的數據的，因此在項目工作包較多的情況下加大了數據采集的難度，基于此，根方差法在理論分析方面較為常見。

上述兩種方法在計算緩沖區域方面較為常見，在關鍵鏈方法逐漸推進和發展的過程中得到了更多的研究與應用，并在此基礎上提出了相應的緩沖區域計算方法。

2 電廠大修組織結構和工程進度

2.1 電廠大修基本情況介紹

電廠大修也就是A級檢修項目間隔時間為4-6年，目前國內各個發電企業為提高發電設備的可靠性普遍采用定期檢修。A級檢修是設備四個定期檢修等級中最全面、最重要的預防性檢修。

2.2 組織結構介紹

建立大修組織機構是對機組大修實行全過程、全方位管理的必備條件，根據職能劃分機構并明確其職責，實現分級管理、統一指揮和協調，以實現大修檢修目標。

2.3 決定電廠A修工程進度的原因

2.3.1 原材料的原因

2.3.2 使用設備的原因

大型機械設備也是電廠A修工程的順利進行的有效條件。相關人員要對大型機械設備的進場出場做好管理工作，及時合理保養繼續設備、施工人員也要按要求使用，規范操作流程，確保整個電廠A修工程所需的設備都能正常運作。

2.3.3 工程設計及施工的實踐

在電廠A修工程管理中，設計方案與施工方案是開展工程順利進行的前提與關鍵因素。一旦項目改造中出現設計變更的情況，則會致使工程暫停或延后，直接影響了整個進度管理[3]。

2.3.4 人員效率的原因

人員是A修工程中的實施主體，所以管理人員、及施工人員要嚴格依照圖紙施工都是工程安全、質量的保證。

3 機組檢修進度管理中存在的常見問題

3.1 忽視客觀資源受限條件

復雜性是發電企業設備檢修項目的基礎特征之一，該項目的完成，需要多個部門協調運行，同時也需要投入多種資源，專業人力資源、資金資源、輔助設備等基礎資源。但是從整體層面來講，企業完成該項目受到資源限制，因為企業所擁有的相應資源是有限的，這就導致在各項工程項目在施工過程中，資源沖突、資源供應不足問題是客觀存在的。

在項目進展過程中，采用基于CPM/PERT的進度控制技術，使得進度控制、進度優化主要集中于關鍵路徑[4]，因此，假設為項目的順利進行能提供充足的資源支持，基于此識別關鍵活動后，依照關鍵活動的關系確定關鍵路徑，進而開展項目進度優化。

3.2 忽視不確定因素的影響

發電企業設備檢修項目進展過程中，面臨多種不確定因素，這些因素來自多個層面，如隨著檢修工作的開展，發現設備故障問題，該問題的處理需要花費時間，且時間需求不確定；如需要更換的零部件未能及時供應，導致更換工作無法開展，進度延誤；相關團隊的協作性不強，整體效率低，導致實際進度緩慢。總而言之，設備檢修項目能否在預定時間內完成，受到多種不確定因素的影響，需要在項目開展之前對這些因素進行全面分析預測，根據識別結果制定完善的應對方案，確保項目進度目標有效實現。

基于CPM/PERT的進度控制及優化技術將各項主要活動的起止時間做了明確的規定，但是未能充分考慮活動開展期間處理不確定性問題的時間，同時，也未能將風險因素對進度計劃實施、計劃調整產生的影響納入考慮范疇，導致不能直接將其作為進度管理控制依據，采用網絡圖實施進度管理，勢必導致管理效果差。

4 基于關鍵鏈的電廠檢修項目進度計劃的優化

電廠大修每個工序的工作時間都是按原定檢修時間的基礎上進行50%法則估算得來，再排除每個工序中人為加入的安全時間，確定最長路線，最后按照各工序50%置信度估計時間之和的一半設置緩沖區，并根據以下公式計算項目緩沖時間。

式中：Buffersize-緩沖時間：

N——線路上的任務個數

Δti——任務i的安全時間。

此公式是一種線性關系表達式[5]，計算方法簡單明了且易于理解。但是Δti受主觀性的經驗判斷影響，容易引起較大的計算誤差，路徑變長，導致緩沖區長度就容易變長，反之則變短。

4.1 關鍵鏈繪制

利用50%法則繪制的關鍵鏈與原計劃工期的關鍵線路是一樣的，沒有發生改變，但總工期由明顯縮短。

4.2 安全時間消減

項目緩沖時間確定的原則：將關鍵鏈上全部工序縮減出來的工期的一半放在關鍵鏈網絡圖末端作為項目緩沖區。根據工期對比結果數據可計算出機組A級檢修項目的緩沖時間為：Bufifiersize=50%×（原關鍵路徑工期-關鍵鏈計劃工期）。

4.3 緩沖區設置

工序的彈性系數K值的確定根據PERT的三點時間估計值計算得來。其彈性系數K值的計算方法如下：

根據關鍵鏈上每個工序的彈性系數計算PB和FB，計算公式如下：

通過上述公式計算得出緩沖時間PB。

輸入緩沖只設置在工序后沒有安全時間的非關鍵鏈與關鍵鏈的匯合點處，若是匯合點處存在安全時間將不再設置輸入緩沖，以免造成安全時間的重復累加[6]。與傳統的項目控制方法不同的是關鍵鏈項目主要是監控緩沖區的時間消耗，消除檢修過程中的不確定因素，降低重計劃次數，避免重計劃造成的資源浪費和成本增加。

4.4 基于關鍵鏈的檢修工期計算

本文采用啟發式算法的平行法。平行方法考慮可以在特定時間段內調度的所有任務。計算步驟方法如圖1。

圖1 平行法計算方法圖

本文根據進度管理的有關準則對資源進行了的平衡，由此得到的關鍵路徑就是項目總時差TF最小，各項目工作累計工期最長的線路。確定某電廠A級檢修項目期望工期為62天。

相比較之前難以控制的電廠項目檢修的工期，在充分考慮到有些資源（人員）的局限性，在此同時預備了7天的項目緩沖時間，確保關鍵線路的工期可控。某電廠A級檢修計劃工期由原來的80天縮短為69天，在很多資源緊張的前提下最大程度的保障了項目的施工進度，確保的機組A級檢修項目早日完成。

5 研究結論

通過以上計算結果比較可以得出，利用關鍵鏈技術對電廠大修項目進行進度管理的優化，將檢修進度中無法預測的突發狀況統一到項目的緩沖區進行控制，并保證了用更少的時間將工程完工，使得工期效率明顯提升。