关键链技术在工程设计管理实践中的应用研究

关键链技术在工程设计管理实践中的应用研究

摘要：在简单地介绍了关键链技术的假设和内容后，从工程设计管理的实践出发，对关键链技术的制约因素确认、工作持续时间确定、缓冲区设置和项目执行过程中的进度控制方法等进行了系统的介绍，并对关键链法的应用进行了总结。

关键词：关键链技术；工程设计管理；研究

引言

工程项目的全生命周期中，工程设计是非常重要的一环，其质量和周期直接影响了整个项目的质量和工期。作为一个独立的系统工程，工程设计本身由于涉及专业众多、各专业技术复杂程度高、设计过程中不确定因素多等特点而成为项目管理的重点。

近年来，随着市场经济的进一步深化，工程设计领域的业务日益增加。各设计院所、工程公司在进度和质量的平衡中不断摸索前进，新的项目管理理论和方法被不断应用于实践中并取得了显著成果，关键链技术（CCPM）就是其中的一种。

1 关键链技术相关背景

关键链一词源于以色列物理学家Goldratt博士在1997

年出版的管理学著作《关键链》[1]一书。该书将约束理论（TOC）应用于项目管理之中，强调以有限的资源与消除不良的工作行为概念进行项目进度的规划和管理，并创造性地提出了通过集中管理项目的缓冲时间来监控整个项目执行的方法。

2 关键链技术的相关假设

2.1 墨菲定律（Murphy's theorem）

“墨菲定律”是由爱德华?墨菲（Edward A. Murphy）提出的，原句为：“如果有两种或两种以上的方式去做某件事情，而其中一种选择方式将导致灾难，则必定有人会做出这种选择”。即：坏事必然发生，无论概率多小。

2.2 学生综合症（Students' Syndrome）

表现为人们在工作开始时并不是马上全力以赴去完成它，而是到了最后时刻才投入全部精力。就像很多学生平时把大部分时间和精力都投入到学习之外，考试之前才开始突击学习一样。

2.3 帕金森定律（Parkinson's Law）

诺斯科特?帕金森在1955年出版的《帕金森定律》[2]

一书中指出：“你有多少时间完成工作，工作就会自动变成

需要那么多时间”。即工作总是要拖到规定的时间结束才会

完成，从来不会提前完成。

3 关键链技术（CCPM）

在1986年出版的《目标》[3]一书中，Goldratt博士提出

了著名的约束理论（TOC）。简单来讲，TOC就是关于进行改进和如何最好地实施这些改进的一套管理理念和管理原则，可以帮助企业识别出在实现目标的过程中存在着哪些制约

因素：TOC称之为“约束”，并进一步指出如何实施必要的改进来一一消除这些约束，从而更有效地实现企业目标。

1997年，Goldratt博士在《关键链》一书中正式提出关键链的概念。关键链技术（CCPM）是约束理论（TOC）在项目管理领域的实际应用。它更强调从整个项目而非单个活动的角度出发来看待问题，从而发现项目可能延误的根本原因（制约因素），采取措施以保证项目能按计划完成。

4 工程设计管理实例-关键链法的应用

4.1 项目背景

一家全球知名集团（以下简称甲方）在华东地区计划新建一个现代化食品工厂，概念设计和初步设计已经由甲方工程部门完成，随后通过招投标，最终委托某工程公司（以下简称设计方）进行整个项目的施工图设计工作。由于甲方的全球战略调整，原定3个半月（107个日历日）完成的设计任务甲方要求必须在2个半月（79个日历日）内交付图纸。因此原来制定的设计进度已不能满足要求，必须进行修改以满足工期需求。

4.2 原进度分析与制约因素确认

该工程设计工作的原进度流程经简化后如图1所示：

按照传统的关键路径法（CPM）分析，关键路径为耗时最长的路径A-B-C-D-H，工期105天，可以满足甲方的要求。但是按照关键链技术来分析，其中的C、E、F三项任务共用了同一资源R3，可以认为该资源即为此进度的制约因素。由于资源的制约和时间的控制是同等重要的，因此必须考虑资源冲突。由于任务C是关键任务，为了保证进度必须先安排C，再考虑E和F。由此得到图2所示关键链流程：注：虚线表示资源使用顺序

图2 关键链进度流程

其中最长的路径为A-B-C-E-F-H，即为此进度的关键链，工期为119天。也就是说原进度如不采取措施根本就无法在甲方规定的时间内完成（107<119）。

4.3 关键链法工作持续时间的确定

图3 任务工时估计概率分布

Goldratt博士认为传统任务大部分时间估计大概具有90%的保证率，也就是按照估计时间有90%的概率可能完工，关键链法则采用50%可能完成的执行时间作为工作的估计执行时间，两者的差值即为安全时间（见图3）。

根据关键链法最常用的减半法，即将工序原先估计的工时减半后作为工序新的工时，得到图4所示移除了安全时间的进度流程：

图4 移除各任务安全时间的进度流程

此时关键链仍为A-B-C-E-F-H，工期为61天，称为“最可能完工时间”（50%概率）。

4.4 缓冲区设置

在关键链技术中把安全时间从每个任务中取出，经转换后形成整个项目的项目缓冲时间（PB）和输入缓冲时间（FD）。其中项目缓冲时间位于项目整个关键链的末端，而输入缓冲时间位于非关键链汇入关键链的入口，两者都是用来应对项目执行过程中的种种不确定因素及墨菲定律的。

除PB和FB之外还有资源缓冲（RB），它不是时间缓冲，只是一个警告信号，是为了防止关键链受资源短缺的影响。

缓冲时间的估值办法有剪贴法（C&P）和根方差法（RSE）[4]。以实践应用来看，根方差法更精确，而剪贴法虽然简单明了，容易计算，但是容易受链路任务的多少影响：链路上任务多时缓冲时间易过长，反之则易过短。过长或者过短对进度的管控都有不良影响。根据根方差法公式：

B=[]1/2，每个任务的安全时间为ti，经过计算可以得到下图5所示的设计项目的关键链和缓冲区：

图5 项目的关键链和缓冲区

4.5 项目缓冲区管理

在项目执行过程中，项目缓冲区通常按照长度被均分为三个部分：绿色、黄色和红色，并预先设定不同的措施以应对[5]。