關鍵鏈技術在塑料管道產品開發進度管理的應用

摘要：塑料管道企業面對急劇增長的市場，需要加快迭代上市新產品，而科學合理的進度管理在項目推進中尤為重要。在簡要概述項目進度管理的基礎上，首先，將關鍵鏈技術應用于塑料管道產品開發項目的進度管理中，通過設置緩沖區，減少傳統項目人為設定安全時間過多而導致的壓縮項目開發時間的問題；其次，通過結合MS Project軟件制訂項目進度計劃，進一步對項目沖突資源進行平衡及資源準備，使項目更加符合實際運行情況，有利于項目的實施；最后，通過三色法判斷偏差對緩沖區進行管理，將緩沖區分區管理，并通過緩沖消耗時間和消耗緩沖率建立一套有效的緩沖管理機制，實現對進度過程的控制。在塑料管道產品開發中應用關鍵鏈技術，可提升塑料管道企業產品開發項目的進度管理水平，進一步推動塑料管道行業的健康可持續發展。

關鍵詞：塑料管道；關鍵鏈技術；關鍵路徑技術；計劃評審技術；進度管理；MS Project軟件

0"引言

塑料管道產品由于自身潔凈、衛生、耐腐蝕、使用壽命長等特點，現已成為地暖和給水管道的首選。塑料管道生產技術進步與市場擴張，及人們對舒適安心生活的需求，為塑料管道企業帶來了巨大的發展機遇，也帶了前所未有的挑戰。塑料管道產品迭代速度加快、產品生命周期明顯縮短，從而導致塑料管道產品競爭日趨白熱化，迫使企業持續迭代新產品，加快新產品開發速度，縮短新產品開發周期。為了達成快速迭代新產品的目標，塑料管道企業不斷對新產品開發及進度管理方法進行改進和優化，以提高自身適應持續快速變化的競爭環境的能力。

關鍵鏈技術能有效解決項目計劃人為設定安全事件過多和資源沖突等問題"[1]，在傳統項目進度管理技術即關鍵路徑技術、計劃評審技術的基礎上，將關鍵鏈技術運用在塑料管道新產品開發進度管理中進行應用和實踐，能提升塑料管道產品開發項目的進度管理水平，并對塑料管道行業新產品開發的健康可持續發展具有重要的實踐意義。

1"項目進度管理技術概述

項目進度管理的目的是確保在規定的時間內完成事先約定的項目目標，以此來管理項目活動和安排工作"[2]。項目進度管理技術包括關鍵路徑法技術（CPM）、計劃評審技術（PERT）和關鍵鏈技術（CCPM）。

1.1"關鍵路徑技術和計劃評審技術

早在20世紀初，各國就開始研究項目進度管理。早期的項目科學管理先驅甘特Gantt提出了時間作為制定項目計劃的基礎，解決時間安排的方法是繪出表明計劃和控制工作的線條表。20世紀50年代末期，網絡計劃技術作為項目控制和計劃的管理技術，由于提升項目管理效率明顯，開始被大量使用。1956年，杜邦發明了關鍵路徑技術，隨后美國北極星導彈核潛艇項目在關鍵路徑技術基礎上發明了計劃評審技術，這些進度管理技術一般綜合應用，其發展對項目進度的發展起到了極大的促進作用。關鍵路徑技術和計劃評審技術，在項目進度管理中被大量使用，使用方法包括通過項目活動的邏輯關系及工序時間參數計算，生成網絡圖。網絡圖能系統全面地表達工序之間的邏輯關系，并且能清楚地幫助利益相關方知曉工序提前或滯后對整個工期的影響"[3]。通過項目活動工序時間參數計算，得出項目的關鍵路徑，通過對關鍵路徑的管理，有利于項目成員對項目進度進行控制。由此得出活動順序A-C-D=30d是該項目的最長路徑，也是關鍵路徑，所以A-C-D關鍵路徑上的所有活動都為關鍵活動。關鍵路徑技術示例圖如圖1所示。

按照三點估算法計算時間，對項目進行工序時間估計，公式如下

tE=to+4tm+tp6（1）

式中， to表示完成活動最樂觀時間；tm表示完成活動最可能完成時間；tp表示完成活動最悲觀時間；tE表示每個活動任務持續時間的期望值。

1.2"關鍵鏈技術

在20世紀90年代，高德拉特博士在CPM和PERT的基礎上考慮到約束理論并提出了關鍵鏈技術，在考慮到項目進度管理過程中項目資源沖突等不確定因素對項目路徑的影響后"[1]，重新找出項目耗時最長的路徑即為關鍵鏈。運用數理統計的方法在項目計劃中添加了緩沖區，后續通過緩沖區管理來有效解決實際項目進度過程中的問題。關鍵鏈技術示例圖如圖2所示。Luiz等"[4]開展了一項針對巴西79個公司的調查，發現CCPM對新產品開發的績效產生積極影響，關鍵鏈技術顯著優于傳統管理方法"[5]。張俊光等"[6]根據工序間邏輯關系進行安全時間估計和緩沖區大小調整，使用關鍵鏈技術優化方法使得項目工期縮短，減少了人為因素的浪費。

在項目歷時估算過程中，項目成員為了能在規定時間內完成項目目標，通常會在計劃過程中考慮不確定性因素，出于對低風險的時間估計，會在對每個項目任務歷時估算時添加過多的安全時間（ST），以避免項目延期帶來的損失。同時，項目管理者和企業內部各層管理者，為了保證任務完成的安全性，也會在項目時間估算時加入安全時間，從而大大延長了整個項目計劃周期。由于項目組成員有過多的安全時間，雖然在項目計劃進度下已完成了任務，但出現延報或瞞報等，就會浪費掉安全時間。因此，關鍵鏈技術目的是消除過多的安全時間，以縮短工期。關鍵路徑技術和關鍵鏈技術的差異圖如圖3所示。

曹小琳等"[5]在考慮項目不確定性的情況下，結合項目管理者資源制約等因素的影響，提出了一種改進緩沖區大小的計算方法。褚春超"[7]考慮項目的工期分布特點，在工序工期服從對數正態分布的情況下計算項目緩沖區。馬力等"[8]基于根方差法，提出了一種改進型的自適應緩沖區及設置方法，這種方法不僅可有效縮短緩沖區長度，而且能避免因緩沖區設置不合理而產生的資源沖突問題。張俊光等"[9]運用熵權法對評價指標進行權重設定，進而確定項目緩沖區。徐晶"[10]基于關鍵鏈對南凱X號線進度制約因素進行研究，得出關鍵鏈技術在項目進度計劃中的必要性。

常見的緩沖區計算方法有高德拉特博士提出的剪切-粘貼法（Camp;PM）和Newbold提出的根方差法（RSE）。剪切-粘貼法將有效取出關鍵鏈所有工作被扣除時間的總和的50%，作為關鍵鏈的項目緩沖區"[1]。Herroelen等"[11]認為Camp;PM簡單易行，緩沖區大小隨工序數量線性變化，工序少則緩沖區偏小。綜上所述，Camp;PM具備操作簡便的特點，能降低關鍵鏈對項目管理者數理方面的要求且貼合制造行業，在實際項目過程中被大量使用，因此Camp;PM法對于R公司塑料管材開發比較實用。

基于關鍵鏈技術的緩沖區大小計算方法，據活動時間彈性系數來計算緩沖區大小，引入活動的時間彈性系數。按照式（2）計算時間彈性系數K。

（1）項目緩沖區（PB），設置在關鍵鏈技術的尾端，關鍵鏈技術考慮到項目確實存在的不確定性（圖2），在所有的活動后面加上一個項目緩沖時間，用于保護項目進度，避免不確定性事件造成的項目延期，按照式（3）計算PB。

（2）輸入緩沖區（FB），主要目的是防止非關鍵路徑上的時間延誤對關鍵鏈造成影響，按照式（4）計算FB。

（3）資源緩沖區（RB），主要目的是提醒項目管理層需要及時準備資源而預留的警示時間，RB不占用項目的時間，通常項目管理者會在有可能發生資源沖突的任務上設置一定的時間，提前準備資源。

K=tO-tmtp-tm（2）

PB=∑i∈f{（tp-to）×Ki}（3）

FB=∑j∈k{（tp-to）×Kj}（4）

式中， K表示時間彈性系數；PB表示項目緩沖區的大小；FB表示輸入緩沖區的大小；i= 1，2，…等為非關鍵路徑工序序號；j= 1，2，…等為非關鍵路徑工序序號；f表示關鍵鏈上的任務i的集合；k非關鍵鏈上的任務j的集合。

緩沖區管理是在項目實施過程中通過對計劃設定緩沖的消耗進行管控。別黎等"[12]根據項目執行的動態環境提出了動態緩沖監控方法，根據緩沖區實際消耗情況采取相應的行動，實現了對緩沖區實時動態監控的目的。總的來說，通過引入關鍵鏈技術，可以有效改善傳統的項目進度管理模式，該技術在項目計劃時就已經考慮和處理了資源沖突問題來制定時間計劃，建立的三種緩沖區在考慮到不確定性時減少過多安全時間余量，以壓縮工期。在項目實施過程中對項目的緩沖區進行管理，一般都是通過緩沖消耗時間、消耗緩沖率來對項目進度進行管控，以完成項目目標。

2"關鍵鏈技術在進度管理中的實施方案

建立關鍵鏈技術在塑料管道產品開發項目進度管理中的實施方案，關鍵鏈技術項目進度計劃基本步驟示意圖如圖4所示。

3"案例應用

3.1"案例概述

針對R公司塑料管道開發項目（以下簡稱“M項目”）進行關鍵鏈技術應用。M項目是R公司為了搶占飲用水管道市場而開發的產品項目。該項目投資200萬元，產品要求安裝快速，成本比現有公司給水管道產品成本下降18%，開發時間不得超過11個月。

3.2"關鍵鏈技術在M項目中的應用

將關鍵鏈技術運用到R公司M項目，M項目進度計劃流程圖如圖5所示。

3.2.1"創建M項目的工作分解結構WBS

對R公司塑料管道產品M項目進行目標分解，按照WBS將項目階段劃分為5個部分，作為WBS的第一層。M項目進度計劃如圖6所示。

將M項目WBS第一層的5個部分，按照WBS要求詳細分解為更具體的工作單元即WBS第二層，并進行活動編號， M項目工作單元見表1。

3.2.2"M項目活動資源估算

M項目屬于產品開發項目，按照以往的經驗，人力資源對項目的影響較大，因此，本文著重關注的資源是M項目的人力資源，人力資源及代號見表2。

M項目活動資源估算采用自下而上的方式，對M項目WBS中的各項活動所需的人力資源進行估算，M項目活動資源清單見表3。

3.2.3"M項目活動歷時估算

根據WBS和工期要求，結合專家判斷，進行M項目活動歷時估算。M項目活動歷時估算結果見表4。

3.2.4"M項目活動排序

根據R公司M項目各項活動之間的邏輯關系，對M項目活動進行排序并確定緊前工序。M項目活動邏輯關系見表5。

3.2.5"確定M項目關鍵鏈

確認R公司M項目的關鍵鏈，本質是在考慮M項目各項活動之間的邏輯關系和所需的資源沖突的情況下，找出的M項目歷時最長的工作路徑。關鍵路徑技術的計算過程比較煩瑣，涉及稍復雜的項目時容易出錯，因此本文借助MS Project軟件識別關鍵鏈，提出一種關鍵鏈技術。繪制M項目網絡圖，如圖7所示，具體方法如下：

（1）在MS Project軟件中輸入項目的WBS、項目活動資源估算，以及設定項目中各項活動間的邏輯關系、項目開始日期等。

（2）對MS Project軟件進行設置，使MS Project軟件輸出顯示符合項目實際需要。例如，為了快速得到關鍵路徑，需要修改凸顯關鍵路徑；為了更容易找到資源約束，需要修改甘特圖內資料顯示樣式；為了快速找出關鍵工序，需要修改網絡圖格式等。

（3）在找出項目的關鍵路徑的基礎上，考慮到實際項目的資源制約，進行資源平衡調整和提前準備資源，確定最終的關鍵路徑。

1）不考慮資源約束，M項目的關鍵路徑

為了快速全面地知曉M項目各項活動的邏輯關系和得到關鍵工序，在MS Project軟件任務欄下設置視圖轉為網絡圖，M項目網絡圖如圖7所示。細箭頭路徑表示項目M的關鍵路徑關鍵路徑，路徑為：1-2-3-4-5-6-7-8-9-11-13-14-15-16-17，其中也能得出這些活動為關鍵工序。在這個階段，將MS Project軟件任務欄下設置視圖轉為甘特圖，也能得出MS Project軟件不考慮資源制約的關鍵路徑，總工期為360.4d。M項目關鍵路徑如圖8所示。

2）考慮資源沖突，確定M項目的關鍵鏈

使用MS Project軟件對M項目進行進度管理，通過對項目的瓶頸資源的識別，可發現如果按照關鍵路徑技術，工序6、10之間存在資源R2、R3的沖突，工序12、13之間存在資源R2的沖突，即如果按照傳統關鍵路徑技術實施，在這個階段就會出現資源沖突，使得項目延期。M項目關鍵路徑上添加資源信息如圖9所示。

資源短缺是項目實施過程中經常存在的問題，就需要對M項目中發生資源沖突的活動進行分析和調整，可將資源沖突的工序調整為順序工序，可形成前后關系避免沖突，還可以提前準備可替代資源等。

M項目活動調整如圖10所示。首先，將發生資源沖突的工序6和10進行R2、R3資源平衡，變為順序工序，即將工序10放在工序6的后面，將并行工序調整成順序工序，避免資源R2和R3沖突。由圖10可知，前置任務中將工序6設置為工序10的前置任務，并將工序10設置為工序7的前置任務。其次，在工序12、13之間存在資源R2的沖突，通過內部協調，提前安排資源代號R2開發工程師對資源代號R3開發工程師進行培訓和指導，使得R3能在活動12開始前能夠接替資源代號R2勝任在活動12的工作，如圖10，將工序12所需的資源R2修改為R3，使人力資源也得到充分利用。

通過MS Project軟件調整，M項目網絡圖如圖11所示。在考慮資源約束的前提下，M項目的總工期為394d。將MS Project軟件任務欄下設置視圖轉為網絡圖，得到確定的關鍵鏈：1-2-3-4-5-6-10-7-8-9-11-13-14-15-16-17，工序活動的邏輯順序一目了然，也是關鍵工序在項目實施時需要重點關注的。

3）設置緩沖區

需要在關鍵鏈上設置輸入緩沖區，其大小以PB表示；需要在非關鍵鏈上設置輸入緩沖區，其大小以FB表示。 M項目加入緩沖區的活動網絡圖如圖12所示。

首先，根據式（2）可以得到M項目活動各個工序的時間彈性系數K，工序彈性系數K計算值見表6。

其次，依據式（3）計算項目緩沖區，經計算得出PB=139d；依據式（4）計算輸入緩沖區，經計算得出FB=5d；項目總緩沖區大小為139+5=144d，緩沖區使用1/3=48d，緩沖區使用2/3=96d。資源緩沖區RB不占用整個網絡計劃的時間，設置為虛工序。

最后，以工序歷時期望值的50%計算總工期，關鍵鏈路徑為1-2-3-4-5-6-10-7-8-9-11-13-14-15-16-17的持續時間為198.5d。采用關鍵鏈技術，在進度控制中，緩沖區使用率最大不超過2/3，因此，取使用率最大值為2/3，則緩沖區大小為144d（144）×2/3=96d，加上工序歷時期望值的50%工期時間=198.5d，得出總天數為294.5d。相較于關鍵路徑技術的計劃工期（359d），關鍵鏈技術確實能壓縮工期。關鍵鏈技術和關鍵路徑技術計劃工期比較見表7。

3.2.6"緩沖區管理

首先，設置觸發點。采用三色法判斷緩沖區消耗是否在可控范圍之內，三色法將項目緩沖區消耗情況分成三種顏色，消耗范圍在0～1/3（比率為0～33%），稱為安全區域，即A區；消耗范圍在1/3～2/3（比率約為33%～66%），稱為警惕區域，即B區；消耗范圍在2/3～1（比率約為66%～100%），稱為危險區域，即C區。因此，在33%和66%設置兩個監控觸發點位置。緩沖區劃分圖如圖13所示。

其次，設置緩沖區狀態視圖，其可清晰顯示當前項目進度健康狀態。M項目緩沖區管理見圖14。由圖14可知，緩沖區管理根據兩個指標完成，指標1為緩沖區消耗比率，指標2為關鍵鏈完成率，并通過當前時刻在視圖所落坐標軸的區域來判斷是否要采取必要的措施，以對緩沖區進行動態管理。①落在A區，則項目如期進行，繼續保持項目當前進度，不采取任何措施；②落在B區，則表示沒有按照預期進行，此時應當關注并準備改進的措施，防止進度惡化；③落在C區，則說明項目進行非常不順利，需要立即行動，如采取趕工、改變工序施工順序、資源重新調度等必要措施，加快進度。在M項目緩沖區管理中，通過檢查當前時刻緩沖區消耗，實施過程跟蹤并采取相應的措施，使得M項目進度可控。滿足產品成本下降18%的前提下在10個月完成項目，比計劃工期提前1個月完成了項目目標，提前完工使得開發成本節約了5%。 M項目緩沖區管理如圖14所示。

4"結語

本文運用關鍵鏈技術對塑料管道新產品開發進度管理，M項目進行實踐，從項目計劃工期出發，設立緩沖區壓縮項目開發時間，對項目中沖突資源進行平衡及資源準備，依托MS Project軟件，提出了一種切實可行的求解關鍵鏈的方法，使用三色法判斷對緩沖區進行管理，并且該方法成功運用于R公司M項目進度管理，使得項目提前完工，更帶來項目成本節約5%，并為推進塑料管道產品開發項目進展、提高類似項目進度管理水平提供了支持與保障。

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收稿日期：2023-11-17

作者簡介：

李鋒（1987—），男，研發工程師，研究方向：閥門及管道相關產品開發。