基于關鍵鏈的客船空調通風項目技術管理

徐謙 田正軍 吉春正 趙自兵

(招商局郵輪研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

空調通風(HVAC)項目技術管理的負責人通常是有比較深厚工程技術背景的工程師，但往往過于注重項目進行中的專業技術問題，而不注重管理方法。客船HVAC項目是一項技術復雜、參與人員多、時間周期長、涉及專業多、不確定因素多的系統工程，缺少科學的管理方法，最后很可能導致設計計劃全面拖期、設計反復修改、設備參數無法固化及交貨拖期等一系列問題，工作難以推進，進而影響整個客船的設計進程。

科學的項目管理是確保技術任務圓滿完成的重要環節，HVAC項目技術管理的負責人很有必要對項目管理方法進行研究。關鍵鏈項目管理(CCPM)方法是一個很好的選擇，可以明顯降低項目受不確定因素影響的程度，有效改善項目計劃的執行環境，縮短項目周期[1]。

本文結合客船HVAC項目技術管理的實踐經驗，科學地運用關鍵鏈(Critical Chain)解決實際難題，通過識別關鍵鏈、設置緩沖，管理緩沖對整個HVAC項目技術管理進行優化，文中還首次提出設計緩沖，用于減少不確定因素對設計的影響。

1 客船HVAC項目技術管理的工作分析

1.1 客船HVAC項目的組成

客船HVAC項目復雜且龐大，需要運用工作分解結構(WBS)進行分解，先根據技術差異將HVAC項目分解成幾個大的系統，主要有通風系統、水系統和電氣系統，接著再分解成各類設備及附件，大的有冷水機組、中央空調箱，小的有各類閥附件、通風附件等，還有各種電氣箱等。HVAC項目分解結構，見圖1。

圖1 HVAC分解結構

1.2 專業之間的協調

HVAC項目是客船設計的重要部分，與其他專業有復雜的相關性，各個專業之間連接緊密，而且相互制約。一方面，HVAC項目設計是其他專業設計的輸入且需要盡快推進；另一方面，HVAC項目設計受制于其他專業的資料，所以需要消耗大量的時間進行專業之間的相互協調，主要協調內容見表1。

表1 專業之間的協調內容

1.3 不確定因素多

HVAC項目設計過程中面臨很多不確定因素，在技術條件不清晰的情況下通常需要長時間的修改來對設計進行持續的優化和完善，主要有以下幾個方面：

設計輸入條件的變化導致HVAC項目設計反復修改。比如總圖的修改，船東要求對公共區重新分區，導致空調系統的分區要隨之修改。

設計輸入的缺少導致空調系統無法完整地做完設計。比如客船廚房設備資料的缺失和電氣設備散熱量缺失而導致在HVAC項目開始設計時先要預估，等后面資料來了，再進行設計更新。

為了滿足內裝美觀的要求而要對空調系統的設計進行修改。比如公共區天花板的形式會影響空調的送風和回風等。

1.4 團隊之間的協調

HAVC項目技術工作中參與的人員多，包含船東船級社、多個設計團隊和廠家，見圖2。項目中存在技術人員的資源約束和依賴關系，技術骨干需要同時承擔幾個項目的工作，且技術人員通常具有局部最優的觀念，對自己的設計圖精益求精，局部設計時間消耗過長，造成下道設計工序無法盡快開展。

圖2 團隊之間的協調

1.5 前后工序的相互影響

前道工序會影響后道工序，而在HVAC項目技術管理過程中，普遍存在后道工序會對前道工序產生影響，使前道工序需要修改。比如詳細設計是生產設計的前道工序，但是經常需要根據生產設計反饋的問題進行修改，因為空調風管的尺寸大而多，生產設計很難完全按照詳細設計的設計圖來建模，需要反饋給詳細設計進行設計圖更改，雙方需要反復協調才能完成風管布置，并滿足功能要求。

2 關鍵鏈項目管理方法

CCPM是約束理論(TOC)在項目管理方面的具體應用，其提出者Goldratt是一名物理學家，他提出的管理方法淺顯易懂且邏輯嚴密，非常容易讓廣大工程師接受。CCPM強調整體最優，注意平衡資源沖突，考慮人的心理對行為的影響。由于學生綜合征、帕金森定律、級聯效應、多任務、資源受限、相互關聯等，在不確定環境下，項目執行過程中會面臨各種各樣的干擾因素[2]。CCPM運用設置緩沖的方法，把工序中的安全時間收集起來放在關鍵鏈中，用于吸收項目中的不確定因素，保護關鍵鏈,因此緩沖的設置和管理是CCPM的核心[3]。

CCPM運用中有3種形式的緩沖：項目緩沖(Project Buffer，PB)，輸入緩沖(Feeding Buffer，FB)，資源緩沖(Resource Buffer，RB)[4]。

3 關鍵鏈的識別

依據HVAC項目技術管理中各工序的資源約束和邏輯關系約束，進行整個過程中關鍵鏈的識別。先識別關鍵路徑，考慮各工序的執行邏輯約束，再對產生資源沖突的任務進行調整，特別需要考慮關鍵資源約束[5]。

HVAC項目技術管理的工作主要包括6個部分：合同前、技術協議談判、基本設計、詳細設計、生產設計和安裝調試，其具體的工作內容見表2。

表2 HVAC項目技術管理的主要內容

考慮HVAC項目技術管理存在的資源約束，主要是技術工程師和設備資料，根據工序的緊前關系，構建網絡圖，見圖3，其中最長的路徑即關鍵鏈。HVAC項目技術管理的關鍵鏈是：合同前→技術協議談判→基本設計→設備資料→詳細設計→生產設計→安裝調試。

圖3 HVAC項目技術管理的關鍵鏈

4 緩沖的設置

HVAC項目技術管理的各個工序之間沒有嚴格的時間界線，根據各個工序的持續時間，繪制甘特圖(圖4)，普遍存在上一個工序沒有完成時，下一個工序就已經開始了。比如在詳細設計中，第1版的空調風管布置圖繪制出來后，生產設計就開始了，而此圖的詳細設計工作還在繼續，船東船級社的意見和輸入條件變化等帶來的設計圖更新所花的時間遠大于第1版設計圖繪制的時間。這種在工序與工序之間缺少明確界線的情況，不便于對每道工序的時間緩沖進行管理，而在整個關鍵鏈尾部設置整合的項目緩沖可以簡單有效地解決這個問題。生產設計的結束是HVAC項目技術管理的重要節點，在生產設計后設置項目緩沖可以對整個技術管理過程進行有效的監控。

圖4 HVAC項目技術管理的甘特圖

根據墨菲法則，人們對工期的估計是一個向右傾的概率分布，見圖5。由于考慮到個人的安全,人們不會選擇實際最有可能完成的工期，通常選擇容易準時完成的工期(95%概率)估計,而這要比50%概率準時完成的工期估計大很多,為此把兩者時間估計之差作為工序的安全緩沖,從全局和系統的觀點出發,將其放在工序路經的尾端，集中使用[6]。

圖5 工期預估的概率分布圖

按照Goldratt的研究，時間緩沖量的大小等于安全時間之和的一半，公式如下[7]

T=(1/2)ΣΔt

式中，T為緩沖的時間長度；Δt為各個工序的安全時間。

CCPM把整個HVAC項目技術管理比作一條鏈條，鏈條的強度取決于最脆弱的環[8]。確定關鍵鏈上的瓶頸，就等于找到了最脆弱的環，通過設置緩沖來對瓶頸進行加強。利用TOC約束理論的5個基本步驟對關鍵鏈進行分析，見表3。

表3 TOC約束理論的5個基本步驟

圖6 詳細設計的分解結構圖

根據表3，為了保護關鍵鏈的瓶頸(詳細設計)，在非關鍵鏈分支上的船東船級社設計圖送審后插入輸入緩沖，用于監控設計圖送審進度和船東船級社設計圖意見，在詳細設計前的關鍵鏈上插入資源緩沖，讓瓶頸資源(技術工程師和設備資料)提前做好準備，關鍵鏈上的緩沖布置見圖7。

圖7 關鍵鏈上的緩沖布置

5 緩沖的管理

緩沖的管理是為了實現項目跟蹤監控，對項目整體任務進度進行監控，可以使不確定因素對關鍵鏈的影響最小[9]。

緩沖的消耗情況是與項目的進程相關聯的，越到項目的后期，消耗的緩沖會越多。在HVAC項目技術管理中，把項目緩沖消耗平均分成3個部分，見圖8橫軸，把3個關鍵工序(技術協議談判，詳細設計，生產設計)的進展標記在圖8豎軸上，使用綠色、黃色、紅色來對緩沖的消耗情況進行分類。

圖8 緩沖管理顏色分區

緩沖管理的重點是根據圖8中不同的顏色，采取不同的措施[10]：

在綠色區，表明任務的執行進度良好，按原進度實施即可。

在黃色區，表明任務執行發生問題，技術管理負責人需要核查并加強進度監控。

在紅色區，表明任務執行出現了嚴重問題，必須馬上采取實際行動。

6 設計緩沖

冷水機組是HVAC項目中最核心的設備，一方面，冷水機組的資料對其他專業的設計影響很大，是冷卻水系統、電氣系統，機艙布置圖等的重要設計輸入，而且冷水機組體積很大，需要預埋，生產周期也很長，需要盡快進行技術確認；另一方面，由于受設計輸入(總圖，玻璃布置圖，安全返港導則，公共區人數，廚房布置圖，電氣設備散熱量等)的影響，空調負荷計算書一直在更新，冷水機組的參數一直在變化，于是冷水機組的資料也需要一直更新。冷水機組資料的修改不僅導致本專業的詳細設計和生產設計的修改，而且還導致其他專業的設計修改，而不修改就會影響設計的準確性，其沖突見圖9。

圖9 修改冷水機組的沖突圖

面對這個沖突，結合CCPM的項目管理思想，在空調負荷計算中添加一定的余量，在項目進行中對這些余量進行監控，比如在合同前，按照總圖和規格書估算得到空調制冷總負荷是2000kW，于是可添加20%的余量，然后對冷水機組進行選型，接著核查機艙的空間是否合適，而這個20%余量就是設計緩沖。由于這個設計緩沖的存在，冷水機組的參數不會一直隨著設計輸入條件的修改而修改，從而減少了不確定性對設計的影響。

設計緩沖也可以有效地解決上道工序受下道工序影響的問題，風機等設備參數會因為生產設計的變化而修改，見圖10，在風機選型的過程中加入一定的設計緩沖，可以減少風機型號的反復修改，有效地減少設計的工作量。

圖10 風機選型流程圖

設計緩沖的運用，減少了HVAC項目技術管理中不確定因素對系統設計的影響，加快了設備參數的確定，通過監控設計緩沖的消耗情況可對設備進行管理。在不同的階段，設備的設計緩沖量是不同的，越到后期可以越小，HVAC項目中主要需要添加設計緩沖的有空調總負荷、風機、水泵等，見表4。

表4 HVAC項目的設計緩沖 (單位：%)

7 結語

近年來，越來越多的客船在國內建造，客船復雜的HVAC項目給國內的船廠帶來了很多困難，無論在技術上還是管理上都有必要對HVAC系統進行研究。筆者在客船HVAC項目技術管理實際工作中，越來越發現項目管理方法的重要性，CCPM是非常貼合實際的方法選擇。本文詳細介紹了CCPM在HVAC項目技術管理中的運用，重點研究了項目緩沖、輸入緩沖、資源緩沖，并第一次提出了設計緩沖，有較高的實踐性，可供廣大從事項目技術管理的工程師參考。