Главная цель методов сетевого планирования. В результате сжатия критической работы временные параметры сетевой модели изменяются, что может привести к появлению других критических и подкритических путей

План изложения и усвоения материала

6.1 Математические методы планирования проекта

6.2 Сетевое планирование проекта

6.3 Календарное планирование проекта

6.4 Оптимизация проекта

Математические методы планирования проекта

Такие математические методы, как моделирование, линейное, динамическое программирование, теория игр и другие, могут быть использованы для определения

оптимального плана, но в таких задачах число переменных и ограничений очень большое, поэтому не всегда можно использовать математические возможности, и тогда применяют итеративные методы, использующие эвристики, которая позволяет определить если не оптимальный план, то хотя бы приемлем.

Сетевое планирование проекта

Вместе с линейными графиками и табличными расчетами, сетевые методы планирования находят широкое применение при разработке перспективных планов и моделей создания сложных производственных систем и других объектов долгосрочного использования. Сетевые планы работ предприятия по созданию новой конкурентоспособной продукции содержат не только общую продолжительность всего комплекса проектно-производственной и финансово-экономической деятельности, но и продолжительность и последовательность осуществления отдельных процессов или этапов, а также потребность в необходимых экономических ресурсах.

Сетевое планирование - одна из форм графического отражения содержания работ и продолжительности выполнения планов и долгосрочных комплексов проектных, плановых, организационных и других видов деятельности предприятия, обеспечивает дальнейшую оптимизацию разработанного графика на основе экономико-математических методов и компьютерной техники.

Применение сетевого планирования помогает ответить на следующие вопросы:

1. Сколько времени требуется на выполнение всего проекта?

2. В течение какого времени должны начинаться и заканчиваться отдельные работы?

3. Какие работы является "критическими" и должны выполняться точно по графику, чтобы не сорвать сроки выполнения проекта в целом?

4. На какой срок можно отложить выполнение "некритических" работ, чтобы это не повлияло на сроки выполнения проекта?

Сетевое планирование заключается прежде всего в построении сетевого графика и вычислении его параметров.

Сетевая модель - множество соединенных между собой элементов для описания технологической зависимости отдельных работ и этапов будущих проектов. Основным плановым документом системы сетевого планирования является сетевой график , который представляет собой информационно-динамическую модель, которая отражает все логические взаимосвязи и результаты работ, необходимых для достижения конечной цели планирования.

Работами в сетевом графике называются любые производственные процессы или другие действия, которые приводят к достижению определенных результатов, событий. Работой следует считать и возможные ожидания начала следующих процессов, связанные с перерывами или дополнительными затратами времени.

Событиями называются конечные результаты предыдущих работ. Событие представляет собой момент завершения плановой действия. События бывают начальными, конечными, простыми, сложными, промежуточными, предшествующими, последующими и т. Д. на всех

сетевых графиках важным показателем является путь, определяющий последовательность работ или событий, в которой результат одной стадии совпадает с начальным показателем следующей за ней другой фазы. На любом графике принято различать несколько путей:

Полный путь от начальной до конечной события;

Путь, предшествующий данному событию от начальной;

Путь, следующий за данным событием до конечной;

Путь между несколькими событиями;

Критический путь от начальной до конечной события максимальной продолжительности.

Сетевые графики строятся слева направо графическим изображением проектных работ и определения логических связей между ними. В зависимости от способа изображения существуют такие виды сетевых графиков: стрелочные графики; графики предшествующего.

Стрелочные графики начали применяться в 50-х годах. Они выглядели изображение работы в виде стрелки, а связи между работами изображались в виде кругов и назывались событий, имевших порядковые номера (рис. 6.1).

Рис. 6.1. стрелочный график

Графики предшествующего начали использоваться в 60-х годах прошлого века. В отличие от стрелочных, работы представлены в виде прямоугольников, а стрелками обозначают логические связи (рис. 6.2).

Графики предшествующего имеют свои преимущества, поскольку такие графики легче создавать, сначала изобразив все прямоугольники - работы, а затем обозначив логические связи между ними. Для графиков предшествующего легче создавать компьютерные программы, которые сегодня используют. От графиков предшествующего проще перейти к диаграмм Ганта, которые являются формой календарного планирования.

Идея графического изображения взаимосвязей между работами не нова. Новыми являются метод оптимизации почасовых и стоимостных параметров, критический путь и обработка информации при использовании ЭВМ. Сочетание новых методов со старыми привело к созданию системы Перт (метод оценки и пересмотра планов). Благодаря Перт менеджеры быстро могут определить "узкие места" в исполнении графиков и распределить надлежащим образом ресурсы в целях ликвидации отставаний. Система Перт может быть реализована в нескольких вариантах:

Перт / час.

Перт / расходы.

Рис. 6.2. График предшествующего

Первый метод имеет следующие особенности: сетевой график, повременные оценки, определения резервов времени и критического пути, принятия, при необходимости, оперативных мер по корректировке графика.

Сетевой график Перт показывает последовательность этапов, необходимых для достижения поставленной цели. Он включает события, работы и зависимости.

Для каждой работы, как правило, требуется от одной до трех повременных оценок.

Первая проводится для критического пути.

Вторая определяет ожидаемый срок наступления любого события.

Третья оценка заключается в нахождении наиболее позднего из "поздних" сроков, при котором еще не задерживается выполнение всего проекта.

Метод "Перт / расходы" представляет собой дальнейшее развитие метода "Перт / час" в направлении оптимизации сетевых графиков по стоимости. Для него характерны следующие этапы:

1. Проведение структурного анализа работ по проекту.

2. Определение видов работ.

3. Построение сетевых графиков.

4. Установление зависимостей между продолжительностью работ и стоимости.

5. Периодическое корректировки сетки и оценок.

6. Контроль за ходом выполнения работ.

7. Проведение при необходимости мер, которые обеспечивали бы выполнение работ по плану.

Суммарные затраты разбиваются на элементы, пока они не достигают таких размеров, при которых возможно их планирование и контроль. Эти элементы являются стоимостью отдельных работ, при этом отдельным работам присваиваются стоимостные значения, позволяет суммировать стоимость групп работ на все уровни структуры работ.

Как отмечает А. Ильин, существует около 100 разновидностей метода Перт, но они имеют общие характеристики; к ним можно отнести такие особенности применения этого метода:

Система заставляет тщательно планировать проекты, для которых он применяется;

Перт дает возможность моделировать и экспериментировать;

Применение метода расширяет участие в планировании специалистов низшего уровня;

Повышает эффективность контроля;

Метод применяется для решения разноплановых плановых задач;

Для сложных сетей стоимость применения системы Перт с значительной, что является ограничением в применении ее на небольших объектах;

Неточность оценок снижает эффективность метода;

Если при осуществлении событий невозможно предсказать (как, например, в научных исследованиях), то система не может быть использована.

Сетевые модели широко используются на отечественных предприятиях при планировании подготовки производства и освоении новых изделий. Сетевое планирование позволяет не только определить потребности различных производственных ресурсов в будущем, но и координировать их рациональное использование на данный момент.

Важнейшими этапами сетевого планирования являются:

Распределение комплекса работ на отдельные части и их закрепление за исполнителями;

Выявление и описание каждым исполнителем всех событий и работ, необходимых для достижения поставленной цели;

Построение первичных сетевых графиков и уточнение содержания плановых работ;

Объединение отдельных частей сеток и построение сводного сетевого графика выполнения комплекса работ;

Обоснование или уточнение времени выполнения каждой работы в сетевом графике.

В начале сетевого планирования выпуска нового изделия необходимо выявить, какими событиями будет характеризоваться комплекс работ. Каждое событие должно устанавливать завершенность предыдущих действий. Все события и работы, входящие в заданного комплекса, рекомендуется перечислять в порядке их выполнения, однако некоторые из них могут выполняться одновременно.

Завершающим этапом сетевого планирования является определение продолжительности выполнения отдельных работ или совокупных процессов. Для установления продолжительности любых работ необходимо, прежде всего, пользоваться соответствующими нормативами или нормами трудовых затрат. А в случае отсутствия исходных нормативных данных, продолжительность всех процессов и работ может быть установлена различными методами, в том числе и с помощью экспертных оценок.

По каждой работе, как правило, дается несколько оценок времени: минимальная, максимальная и вероятная.

Полученная вероятная оценка времени не может быть принята как нормативный показатель времени выполнения каждой работы, поскольку в основном данная оценка является субъективной и во многом зависит от опыта ответственного исполнителя. Поэтому для определения времени выполнения каждой работы экспертные оценки подлежат статистической обработке.

На упрощенном графику изображен процесс освоения нового продукта является предметом планирования и охватывает период с момента появления замысла до проведения пробных продаж и продвижения товара на рынок.

График показывает последовательность операций по выпуску нового изделия на рынок. Моменты завершения этапов обозначены кружками, именуемых "событиями",

а отрезки времени между специфическими событиями изображены в виде стрелок и называются "работами".

Событие, происходящее в определенный момент, может зависеть как от единого события, так и от комплекса предыдущих взаимосвязанных событий. Ни одно событие не может происходить без завершения предыдущих операций.

Из графика видно, что наиболее длительный полный цикл планирования новой продукции включает такую последовательность событий: 1, 2, 3, 4, 5, 6,7, 8, 9, 10, 11, 12. На графике он изображен "жирной" линией. Цикл охватывает период с момента принятия решения о необходимости производства изделия до момента выпуска его на национальный рынок при условии, что все этапы планирования продукции происходят в четкой последовательности. Задержка в выполнении любой операции на этом пути ведет к отставанию от графика процесса планирования.

Однако предприятие может также пренебречь такими мерами, как испытание изделия с помощью потребителей (события 1, 2, 3, 4) или пробный продажа (события 5, 6, 7, 8, 9, 10) до принятия решения о немедленном выпуск изделия на рынок (события 1, 11, 12).

С целью упрощения сетевого графика, все возможные варианты освоения нового изделия на нем не показаны. Например, решение о выпуске изделия на рынок (событие 11) может быть принято после проведения испытаний (событие 4). В этом случае на графике следует провести линию с события 4 в событии 11. Во всех этих вариантах цикл освоения нового изделия значительно сокращается.

Как показывает опыт, наибольший рыночный успех с новым товаром приходит обычно к производителям, последовательно проходят весь цикл планирования, при этом потери от сокращения цикла могут быть значительными. Продолжительность всего цикла может быть сокращена, но при условии привлечения дополнительных ресурсов и приложения дополнительных усилий на критических Имам (например, при исследовании рынка или проведении пробных продаж).

Вообще, существует три типа сетевых моделей, которые используются для окладной проектов, а именно:

Модели типа "вершины - работы". Работы представлены в виде прямоугольников, связанных логическими зависимостями (рис. 6.3);

Рис. 6.3. Простая сетка типа "вершины-работы"

Модели "вершины - события" (каждая работа определяется номером - начало - окончание). Работа определяется стрелками между двумя узлами и номерами узлов, которые она связывает (рис. 6.4))

Рис. 6.4. Сетка типа "вершины - события"

Смешанные (работа представлена в виде прямоугольника (узла) или линии (стрелки)). Кроме того, существуют прямоугольники и линии, которые представляют работу: одновременные события и логические зависимости. Линии используются не для объединения прямоугольников в начале и окончаниях, а для отображения момента времени до, во время выполнения или после выполнения работы.

Продолжительность - это время выполнения работы.

Ранние и поздние даты. Эти даты могут быть определены на основе оценочных длительностей всех работ. Начало и окончание одной работы зависит от окончания другой. Таким образом, существует самая ранняя дата, когда работа может быть начата - дата раннего начала.

Дата раннего начала и оценочная продолжительность работы составляют дату раннего окончания. Если дата позднего начала отличается от даты раннего начала, то промежуток, во время которого работа может быть начата, называется резервом времени.

Алгоритм расчета сетевой модели

Ранние начало и окончание рассчитываются на этапе прямого прохода по сетке. Раннее начало первой работы равен 0, раннее окончание рассчитывается добавлением значения продолжительности работы. Раннее окончание превращается в следующей работе на раннее начало вычитанием опережения или добавлением опоздание, которые предусматривают зависимость "окончание начало". Для зависимости "начало-окончание" время начала превращается в окончание.

Дать позднего начала, позднего окончания, резерв времени рассчитываются при выполнении обратного прохода. Позднее окончания последней работы принимается равным ее раннем окончании.

Путем вычитания продолжительности работы подсчитывается позднее начало. Позднее начало превращается в позднее окончания предыдущей работы. Превращена дата начала или окончания принимается как новое время начала или окончания соответствии с типом зависимости.

Когда работа имеет две или более предыдущих работ, выбирается работа с наименьшим значением времени начала (после вычитания опоздания и добавления опережение). Процесс повторяется по всей сетке. Резерв времени первой и последней работы должен равняться 0.

Определение критического пути

Работы с нулевым резервом времени называются критическими, их продолжительность определяет продолжительность проекта в целом.

Критическая продолжительность - минимальная продолжительность, в течение которого может быть выполнен весь комплекс работ проекта.

Критический путь - путь в сеточной модели, длительность которого равна критической. Критический путь - это последовательность работ с нулевыми резервами времени.

Работы, лежащие на критическом пути, называются критическими работами.

Расчеты основных параметров сетевых графиков должны быть использованы при анализе и оптимизации сетевых стратегических планов.

Под сетевым планированием и управлением (СПУ) принято понимать графическое изображение комплекса взаимосвязанных проектных работ, отражающее их логическую последовательность, взаимозависимость и планируемую продолжительность с целью его использования в оперативном управлении ходом работ при реализации проекта.

Сетевое планирование и управление основывается на (разработанных практически одновременно и независимо друг от друга) двух методах: методе критического пути МКП (СРМ- Critical Path Method) и методе оценки и пересмотра планов ПЕРТ (.PERT - Program Evaluation and Review Technique).

Планирование и управление в системах СПУ осуществляется с помощью сетевого графика (плана, модели).

Сетевой график (план, модель, сеть) - графическое изображение комплекса взаимосвязанных проектных работ (технологических операций), выполняемых в определенной последовательности.

На рис. 10.1 представлен упрощенный календарный план (линейный график Ганта) строительства и монтажа оборудования насосной станции. Этот же план можно изобразить в другой, необычной форме - графической (в форме графов, рис. 10.2).

Основными элементами сетевого графика являются работы (связи) и события, условно изображаемые соответственно стрелками и кружками, например, событие 1 или событие 3. Каждая работа имеет одно начальное и одно конечное событие и обозначается (кодируется) номерами этих событий, например работа 1-2 или работа 2-5 (см. колонку «код работ» на рис. 10.1).

Рис. 10.2.

Событие в сетевом графике отображает только факт получения (достижения) результата предшествующей работы (работ) и условие начала следующей за ним работы (работ). Например, событие 2 означает, что строительство здания насосной станции завершено и начаты установка насосов и устройство заземления. В сети всегда существует одно исходное (начальное) и одно (или несколько) завершающее событие, все остальные - промежуточные. Цифры внутри кружка обозначают порядковые номера событий и нумеруются произвольно.

Работа - отдельный процесс, выполнение которого связано с затратами времени и ресурсов (стоимостных, материальных и др.). Продолжительность работ во времени проставляется над стрелкой в сутках (часах, неделях и т.д.). По характеру потребления времени и ресурсов различают три вида работ:

• работа, требующая затрат и времени и ресурсов;
• ожидание - процесс, требующий только затрат времени (например, твердение бетона);
• фиктивная работа - логическая связь (зависимость) между двумя или несколькими работами, не требующая ни времени, ни ресурсов, но указывающая, что возможность начала одной работы непосредственно зависит от результатов другой. Фиктивная работа (зависимость) изображается на графике пунктирной стрелкой. Непрерывная последовательность выполнения нескольких работ

в сетевом графике образует путь, который обозначается номерами событий, через которые он проходит (например, путь 1 -4-5). Его длина равна сумме продолжительности работ, составляющих этот путь.

Путь, имеющий наибольшую длину (от начального до конечного события), называется критическим. На графике он изображается жирной линией (см. рис. 10.2).

Критический путь - максимальный по продолжительности путь от начального до конечного события сетевого графика. Работы, лежащие на этом пути, также называются критическими. Покажется нелогичным, но именно наибольшая длительность критического пути определяет наименьшую общую продолжительность работ по проекту в целом. Длительность выполнения всего проекта в целом может быть сокращена за счет сокращения длительности работ, лежащих на критическом пути. Соответственно любая задержка выполнения работ критического пути повлечет увеличение длительности проекта.

Используемый в сетевом планировании и управлении метод критического пути (МКП) позволяет рассчитать возможные календарные графики выполнения комплекса работ на основе описанной логической структуры сети и оценок продолжительности выполнения каждой работы, определить критический путь для проекта в целом.

Правила построения сетевого графика. При построении сетевого графика руководствуются правилами, основные из которых сводятся к следующему:

• сетевой график выполняется без масштаба, он должен быть простым, без лишних пересечений;
• работы-стрелки могут иметь произвольную длину, наклоны и направлены слева направо;
• в графиках не должно быть замкнутых контуров, то есть необходимо, чтобы работы не возвращались к тем событиям, из которых вышли;
• в сети нельзя допускать «тупиков», то есть событий, из которых не выходит ни одной работы, если это событие не является для данной сети завершающим (конечным);
• в сети не должно быть событий (за исключением начального), в которые не входит ни одной работы.

Элементы графика на чертеже располагают в таком порядке, чтобы они изображали логическую последовательность выполнения отдельных работ, тем самым определяя направление перехода от одного события к другому (от одной работы к другой) или очередность свершения событий на данном пути.

Расчет сетевого графика. Цель расчета сетевого графика - выявление резервов времени работ, которые позволяют сократить продолжительность выполнения всего комплекса работ при его планировании и оптимизации графика; маневрировать ресурсами при оперативном управлении ходом работ при реализации проекта.

Расчет графика по времени (по временным параметрам) заключается в определении критического пути, резервов времени событий и работ. В заключение расчета делается проверка и выводы. Для определения критического пути выписываются все возможные пути графика, устанавливается продолжительность каждого из них суммированием продолжительности работ, входящих в данный путь.

Временные параметры сетевого графика можно рассчитывать различными способами. Способы ручного счета (табличный, секторный, аналитический и др.) используются для небольших сетевых графиков. Для расчета сетевых графиков с количеством событий более двадцати, как правило, используется специальное программное (компьютерное) обеспечение.

Временные параметры сетевого графика и их расчет. К временным параметрам относятся: резерв времени события, ранний и поздний сроки свершения события, ранние и поздние сроки начала и окончания работ, резерв времени работы.

Резерв времени события - такой промежуток времени, на который может быть отсрочено свершение этого события без нарушения сроков завершения комплекса работ в целом. Определяется как разность между поздним и ранним сроками свершения события.

Ранний срок свершения события - срок, необходимый для выполнения всех работ, предшествующих данному событию. Он определяется продолжительностью максимального из всех путей (или работ), предшествующих данному событию.

Поздний срок свершения события - такой срок свершения события, превышение которого вызовет аналогичную задержку наступления завершающего события. Он находится вычитанием из продолжительности критического пути продолжительности максимального пути (или работы), следующего заданным событием.

Резерв времени работы - отрезок времени, в пределах которого можно изменить сроки начала и окончания данной работы (и свершения события) без нарушения срока окончания всего комплекса работ. В сетевом планировании различают полный, свободный и частные резервы времени работ.

Полный резерв времени работы - максимальный период, на который можно увеличить продолжительность данной работы, не изменяя при этом продолжительности критического пути. Он определяется как разность между поздним и ранним сроками начала работы или поздним и ранним сроками окончания работы.

Ранний срок начала работы совпадает с ранним сроком свершения начального для данной работы события.

Поздний срок начала работы равен разности между поздним сроком свершения конечного события для данной работы и продолжительностью работы.

Ранний срок окончания работы равен сумме раннего срока свершения начального для данной работы события и продолжительности работы.

Поздний срок окончания работы совпадает с поздним сроком свершения конечного для данной работы события. У отдельных работ, помимо полного резерва времени, может быть свободный и частный резервы времени.

В табл. 10.1 и 10.2 приводятся результаты расчета сетевого графика, изображенного на рис. 10.2.

Таблица 10.1

Расчет событий сетевого графика (рис. 10.2)

Таблица 10.2

Расчет работ сетевого графика (рис. 10.2)

Оптимизация сетевого графика. Под оптимизацией сетевого графика следует понимать сокращение продолжительности критического пути за счет резервов времени работ, если она (продолжительность) оказывается больше директивной (заданной).

Если первоначальный вариант сетевого графика не обеспечивает соблюдение директивных (заданных) сроков, то производится изменение планируемых параметров сетевой модели для уменьшения планируемого срока выполнения всего комплекса работ. Существуют следующие возможные пути (методы) уменьшения планируемого срока выполнения всего комплекса работ: замена последовательного выполнения работ параллельными (там, где это возможно по условиям технологии); перераспределение ресурсов между работами - передача рабочей силы, механизмов и прочего с работ ненапряженных путей (имеющих резерв) на работы критического пути.

Результатом оптимизации должна стать корректировка и пересчет сетевого графика.

Оптимизационные задачи в сетевом планировании не имеют строгого аналитического решения вследствие нелинейного характера зависимости времени выполнения работ и количества работников, занятых на этих работах, и решаются эвристически, в соответствии с опытом и интуицией менеджера, проводящего оптимизацию. В то же время указанные способы оптимизации дают удовлетворительные результаты.

Разработка сетевых графиков проектов требует времени и, следовательно, средств. Но стоит ли заниматься этими разработками? Ответ, безусловно, положительный, исключение составляют лишь незначительные и непродолжительные по времени проекты. Сетевой график легко понять, так как он является наглядной графической формой представления последовательности работ проекта. Когда сетевой график разработан, он легко поддается модификации и изменению, если во время осуществления проекта происходит что-то непредвиденное. Например, если случается задержка с доставкой материалов, необходимых для выполнения какой-то работы, последствия этого могут быть быстро оценены и весь проект пересмотрен за несколько минут с помощью компьютера. Информация, полученная в процессе пересмотра сетевого плана, может быть быстро передана всем участникам проекта.

Сетевой график несет важную информацию, раскрывая внутренние связи проекта. Он служит основой для календарного планирования работ и использования оборудования; облегчает взаимодействие всех менеджеров и исполнителей в процессе достижения установленных целей по времени, стоимости и качеству работ проекта; позволяет сделать приблизительную оценку продолжительности проекта, а не просто определить дату завершения проекта по чьему-либо желанию. Сетевой график дает возможность оценить периоды, в течение которых выполнение работ может начинаться и заканчиваться, а также время допустимой задержки их выполнения. Он создает основу для расчета потоков финансового обеспечения проекта; позволяет определить, какие работы являются «критическими» и, следовательно, должны выполняться строго по графику, чтобы проект был завершен в запланированные сроки; показывает, какие работы необходимо пересмотреть, если требуются более сжатые сроки для своевременного выполнения проекта.

Существуют и другие причины, по которым следует уделить пристальное внимание сетевому графику проекта. Сетевой график минимизирует риски, связанные с выполнением проекта. Часто на практике высказываются суждения, что три четверти времени процесса управления проектом занимает составление его сетевого графика. Возможно, это преувеличение, но оно свидетельствует о понимании руководителями проекта важности этой работы .

Вывод

Таким образом, в главе 10 изложены классические методы (подходы) планирования и управления инновационно-инвестиционными и другими проектами. Наибольший интерес представляют методы сетевого планирования с расчетом параметров сетевого графика (плана реализации проекта). Однако, несмотря на солидную историю и сроки применения на практике метода критического пути (МКП) и метода оценки и пересмотра планов (ПЕРТ), они остаются актуальными в настоящее время, так как позволяют достаточно объективно прогнозировать высокую результативность и эффективность в управлении реализацией инновационных и других проектов.

• См.: Наумов Л.Ф., Захарова Л.Л. Указ. соч. С. 141 - 149.

Аннотация: Структурное планирование. Календарное планирование. Оперативное управление. Практические занятия по структурному и календарному планированию. Задания для контрольной работы.

2.1. Теоретический курс

2.1.1. Структурное планирование

Структурное планирование включает в себя несколько этапов:

1. разбиение проекта на совокупность отдельных работ, выполнение которых необходимо для реализации проекта;
2. построение сетевого графика, описывающего последовательность выполнения работ;
3. оценка временных характеристик работ и анализ сетевого графика.

Основную роль на этапе структурного планирования играет сетевой график.

Сетевой график – это ориентированный граф, в котором вершинами обозначены работы проекта, а дугами – временные взаимосвязи работ.

Сетевой график должен удовлетворять следующим свойствам .

1. Каждой работе соответствует одна и только одна вершина. Ни одна работа не может быть представлена на сетевом графике дважды. Однако любую работу можно разбить на несколько отдельных работ, каждой из которых будет соответствовать отдельная вершина графика.
2. Ни одна работа не может быть начата до того, как закончатся все непосредственно предшествующие ей работы. То есть если в некоторую вершину входят дуги, то работа может начаться только после окончания всех работ, из которых выходят эти дуги.
3. Ни одна работа, которая непосредственно следует за некоторой работой, не может начаться до момента ее окончания. Другими словами, если из работы выходит несколько дуг, то ни одна из работ, в которые входят эти дуги, не может начаться до окончания этой работы.
4. Начало и конец проекта обозначены работами с нулевой продолжи­тельностью. Такие работы называются вехами и обозначают начало или конец наиболее важных этапов проекта.

Пример . В качестве примера рассмотрим проект "Разработка программного комплекса". Предположим, что проект состоит из работ, характеристики которых приведены в табл.2.1 .

Сетевой график для данного проекта изображен на рис.2.1 . На нем вершины, соответствующие обычным работам, обведены тонкой линией, а толстой линией обведены вехи проекта .

Рис. 2.1.

Сетевой график позволяет по заданным значениям длительностей работ найти критические работы проекта и его критический путь.

Критической называется такая работа, для которой задержка ее начала приведет к задержке срока окончания проекта в целом. Такие работы не имеют запаса времени. Некритические работы имеют некоторый запас времени, и в пределах этого запаса их начало может быть задержано.

Критический путь – это путь от начальной к конечной вершине сетевого графика, проходящий только через критические работы. Суммарная длительность работ критического пути определяет минимальное время реализации проекта.

Нахождение критического пути сводится к нахождению критических работ и выполняется в два этапа.

1. Вычисление раннего времени начала каждой работы проекта. Эта величина показывает время, раньше которого работа не может быть начата.
2. Вычисление позднего времени начала каждой работы проекта. Эта величина показывает время, позже которого работа не может быть начата без увеличения продолжительности всего проекта.

Критические работы имеют одинаковое значение раннего и позднего времени начала.

Обозначим – время выполнения работы , – раннее время начала работы , – позднее время начала работы . Тогда

где – множество работ, непосредственно предшествующих работе . Раннее время начальной работы проекта принимается равным нулю.

Поскольку последняя работа проекта – это веха нулевой длительности, раннее время ее начала совпадает с длительностью всего проекта. Обозначим эту величину . Теперь принимается за позднее время начала последней работы, а для остальных работ позднее время начала вычисляется по формуле:

Здесь – множество работ, непосредственно следующих за работой .

Схематично вычисления раннего и позднего времени начала изображены, соответственно, на рис. 2.2 и рис.2.3 .

Пример . Найдем критические работы и критический путь для проекта "Разработка программного комплекса", сетевой график которого изображен на рис.2.1 , а длительности работ исчисляются днями и заданы в табл.2.1 .

Сначала вычисляем раннее время начала каждой работы. Вычисления начинаются от начальной и заканчиваются конечной работой проекта. Процесс и результаты вычислений изображены на рис.2.4 .

Результатом первого этапа помимо раннего времени начала работ является общая длительность проекта .

На следующем этапе вычисляем позднее время начала работ. Вычисления начинаются в последней и заканчиваются в первой работе проекта. Процесс и результаты вычислений изображены на рисунке 2.5 .

Сводные результаты расчетов приведены в табл.2.2 . В ней выделены заливкой критические работы. Критический путь получается соединением критических работ на сетевом графике. Он показан пунктирными стрелками на рис.2.6 .

Сетевое планирование применяют для организации и составления календарных планов реализации больших комплексов работ. Это, например, научно – исследовательские работы с участием нескольких институтов, разработка автоматизированной системы бухгалтерского учета, строительство большого объекта, освоение производства новой машины, планирование и осуществление космических исследований и т д. Во всех указанных случаях выполняется огромное количество взаимозаменяемых операций, в работу вовлекается множество людей, предприятий, организаций; управление осложняется новизной разработки, трудностью точного определения сроков и предстоящих затрат. В управлении сложными разработками высокоэффективными сказались сетевые методы , получившие в последние годы широкое распространение. Использование этих методов позволяет сравнительно просто выяснить, когда необходимо начинать и заканчивать выполнение отдельных операций, как задержка хода выполнения некоторой операции влияет на время завершения всего проекта.

Для использования сетевых методов нужно, прежде всего, разбить крупный проект на отдельные операции (работы) и составить перечень операций. Некоторые из них могут выполняться одновременно, другие – только в определённом порядке. Например, при строительстве дома нельзя возводить стены раньше, чем сделан фундамент. Необходимо выяснить очерёдность выполнения всех операций списка.

Для этого составляем список операций, непосредственно предшествующих каждой операции. После этого нужно запланировать время, необходимое для выполнения каждой операции. Полученные данные обычно помещаются в таблицу. Пример:

Таблица 10.1

В таблице приведены данные для проекта, состоящего из шести работ. Для каждой из них задана продолжительность и указаны непосредственно предшествующие ей операции. Можно построить по этим данным сетевой график , или граф . Но сначала несколько понятий из теории графов. Граф – это совокупность двух конечных множеств: множества точек, которые называются вершинами , и множества пар вершин, которые называются рёбрами .

Рис. 10.1 Пример графа

Это пример графа, имеющего пять вершин и шесть ребёр. Если рассматривать множество упорядоченных пар точек, т.е. на каждом ребре задано направление, то граф называется ориентированным . В противном случае – неориентированном графом.

Рёбра, имеющие одинаковые концевые вершины, называются параллельными .

Ребро, концевые вершины которого совпадают, называется петлёй . На рисунке 10.1 a 4 и a 5 - параллельные ребра, a 2 - петля. Граф называется полным , если любые две его различные вершины соединены ребром, и он не содержит параллельных ребер.

Путём в графе называется такая последовательность рёбер, ведущая от некоторой начальной вершины P 1 в конечную вершину P n , в которой каждые два соседних ребра имеют общую вершину, и никакое ребро не встречается более одного раза. Например, в графе – примере последовательность рёбер (a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 , a 6 ) образует путь, ведущий от вершины P 1 к вершине P 4 .

Циклом называется путь, начальная и конечная вершины которого совпадают. На рис. 10.1 образуют цикл рёбра (a 1 , a 3 , a 4 ) .

Длиной пути или цикла называется число рёбер этого пути или цикла.

В ориентированных графах на рёбрах задано направление, т.е. у каждого ребра фиксируется начало и конец. Такие направленные рёбра называются дугами .

Сетью называется граф, каждой дуге которого поставлено в соответствие некоторое число (или несколько чисел), обычно это время.

Таким образом, при построении графа каждую операцию изображают в виде ориентированной дуги. Связи между операциями также представляют в виде дуги. Дугу – связь проводят из конца дуги, соответствующей предшествующей операции, в начало следующей операции.

8. Рис.10.2 Сетевой график комплекса работ

Чтобы отличить операции от связей, операции изображают сплошными линиями, а связи – пунктирами. Вершины графа называют событиями . Временем наступления события считают время, когда завершено выполнение всех операций, входящих в соответствующую вершину.

Таким образом, граф, представляющий взаимосвязь отдельных работ проекта, называется сетевым графиком. На рисунке 10.2 построен сетевой график для комплекса операций, заданных таблицей из предыдущего примера.

Главными элементами сетевого графика являются события и работы. Событие – это состояние, момент достижения промежуточной или конечной цели разработки (начальное событие – отправной момент разработки). Событие не имеет протяжённости во времени. Работа – это протяжённый во времени процесс, необходимый для свершения события. Любая работа имеет предшествующее событие и определённым событием заканчивается.

После первоначального составления сетевого графика необходимо проверить его соответствие некоторым обязательным требованиям:

Только начальные события не имеют входящих стрелок, только конечные события – выходящих. Если событие по своему характеру является промежуточным, оно должно иметь как входящие, так и выходящие стрелки.

Каждая работа должна иметь предшествующее и завершающее события.

На графике не должно быть изолированных участков, не связанных работами с остальной частью графика.

На графике не должно быть контуров (циклов) и петель, т.к. они, по существу, означают, что условием начала некоторой работы является её же окончание.

1. Рис. 10.3 Пример контура

При возникновении контура (а в сложных сетях это случается довольно часто) необходимо вернутся к исходным данным и путём пересмотра состава работы добиться его устранения.

Рис. 10.4 Пример введения фиктивного события для устранения параллельности работ

Это один из случаев, когда требуется введение фиктивных работ и событий.

Другой случай – отражение зависимости событий, не связанных реальными работами. Предположим, например, что работы a и b (см. рисунок) могут выполняться независимо друг от друга, но требуют одного и того же оборудования, так что работа в не может начаться, пока не освободится оборудование с окончанием работы a . Это обстоятельство требует введения фиктивной работы c (рис.10.5).

Третий случай – неполная зависимость работ. Например, работа c требует для своего начала завершения работ a и b , но работа d связана только с работой b , а от работы a не зависит.

Тогда требуется введение фиктивной работы x и фиктивного события , как показано на рисунке 10.6.

Во всех трёх указанных случаях фиктивные работы не имеют протяжённости во времени, однако без их включения анализ сетевого графика может дать неверные результаты.

Четвёртый случай введения фиктивных работ – это отражение реальных отсрочек и ожиданий. В ряде технологических процессов требуется, например, естественное дозревание, брожение, затвердевание, высушивание и т п., когда реальная работа не производится, но следующий этап до определённого момента начаться не может. В подобных случаях в сетевой график вводятся фиктивные работы, имеющие соответствующую протяжённость во времени.

Проведём анализ сетевого графика (рис.10.7 на след.с.), полученного в первоначальном варианте по следующим данным таблицы – перечня работ и событий (таблица 10.2). Этот график соответствует всем названным требованиям. Однако этот график не полностью упорядочен. Упорядочение сетевого графика заключается в таком расположении событий и работ, при котором, грубо говоря, все работы – стрелки направлены только слева направо. В каждом вертикальном “слое” упорядоченного графика находятся события, имеющие предшествующие события только в слоях, расположенных левее.

Таблица 10.2

Рис.10.7 Неупорядоченный сетевой график

Для выделения слоёв и полного упорядочения нашего графика проделаем следующее. Поместив в первый слой начальное событие 1 (см. рис. 10.8), мысленно вычеркнем на графике это событие и выходящие из него стрелки. Тогда без входящих стрелок останутся события 2 и 3. Они образуют второй слой. Вычеркнув мысленно события 2 и 3 с выходящими из них работами, обнаружим, что без входящих стрелок остается событие 4, которое образует, таким образом, третий слой. Продолжая процедуру вычёркивания, получим четвёртый слой с событиями 5 и 6, пятый – с событием 7, шестой – с событием 8 и 9, и, наконец, седьмой слой с конечным событием 10.

Рис.10.8 Упорядоченный сетевой график

Уже с первого взгляда ясно, что по сравнению с предыдущим графиком упорядоченный график (рис. 10.8) отражает последовательность событий и работ гораздо более чётко и наглядно. В сложных “запутанных” сетях упорядочение графика является первоочередным условием для его последующего анализа. Отметим, что правильно составленный график всегда может быть упорядочен, чего нельзя сказать, например, о графике, содержащим контуры. Методом вычёркивания получаем правильную нумерацию вершин графа. Конечная вершина при этом получает наибольший номер.

Временные параметры сетевого графика

Каждая работа сетевого графика (кроме фиктивных работ) требует для своего выполнения затрат времени, трудовых и материальных ресурсов. Важнейшим этапом сетевого планирования является анализ сетевого графика по критерию времени. Рассмотрим принципы этого анализа на примере составленного нами графика.

Предположим, что продолжительность выполнения каждой работы может быть установлена с достаточной точностью. Сейчас мы рассматриваем только так называемые нормативные временные оценки работ. Их может, например, установить эксперт. Цифры у стрелок на рисунке показывают длительность работ (в днях).

Определим прежде всего ожидаемые сроки наступления всех событий графика. Срок наступления начального события будем считать нулевым. Поскольку работа 1 – 2 продолжается 10 дней, событие 2 наступит, очевидно, на десятый день после начала работ. Аналогично определяем, что для наступления события 3 потребуется 4 дня. Для события 4 входящими являются 2 работы: 1 – 4 и 3 – 4. Первая из них заканчивается на шестой день после начального момента работ.

Работа 3 – 4 может начаться только после наступления события 3, т.е. через 4 дня после начала события, и требует для своего выполнения 7 дней. Всего от начального события до завершения работы 3 – 4 проходит 11 дней. Поскольку событие 4 не может свершиться раньше окончания работы 3 – 4, ожидаемым сроком его наступления нужно считать 11 дней.

Перейдем к событию 5. Оно наступает после завершения работ 2 – 5 и 4 – 5. Первая из них завершается через 10 + 9 = 19 дней, вторая через 11 + 3 = 14 дней. Больший из этих сроков (19 дней) и есть ожидаемый срок наступления события 5. Аналогично определяем ожидаемые сроки наступления всех остальных событий. Конечное событие 10 наступает через 51 день после начального, этим сроком определяется, очевидно, и продолжительность всей разработки в целом.

Возвращаясь теперь от конечного события к начальному, проследим, как образовался этот срок – 51 день. Из трех работ, входящих в событие 10, определила этот срок работа 8 – 10, которая начинается с наступлением события 8 (42 дня) и продолжается 9 дней (42 + 9 = 51 день). В свою очередь срок наступления события 8 определила работа 7 – 8 (30 + 12 = 42 дня). Срок наступления события 7 непосредственно связан с работой 6 – 7, событие 6 – с работой 4 – 6, событие 4 – с работой 3 – 4, событие 3 – с работой 1– 3.

Как видим, существует некоторая цепочка работ, ведущая от начального события к конечному, которое определяет общую ожидаемую продолжительность всего комплекса работ сетевого графика. От начального события к конечному можно построить множество последовательных цепочек работ (путей) различной общей протяженности. Из всех возможных путей наибольшую продолжительность (51 день) имеет путь 1 – 3 – 4 – 6 –7 – 8 – 10, который мы нашли на графике, двигаясь поэтапно от конечного события к начальному.

Последовательность работ между начальным и конечным событиями сети, имеющая наибольшую общую протяжённость во времени, называется критическим путём . Критическими называются также события и работы, расположенные на этом пути.

Критический путь является центральным понятием сетевого планирования и управления. Естественно, что важнейшей целью анализа сетевого графика по критерию времени является установление общей продолжительности всего планируемого комплекса работ. Оказывается, что эта общая продолжительность определяется далеко не всеми работами сети, а только работами, лежащими на критическом пути. Увеличение времени выполнения любой критической работы ведёт к отсрочке завершения всего комплекса работ, в то время как задержка с выполнением некритических работ может никак не отразиться на сроке наступления конечного события.

Отсюда следует важные практические выводы. Руководители разработки должны уделять первоочередное внимание своевременному выполнению критических работ, обеспечению их необходимыми трудовыми и материальными ресурсами, чтобы не сорвать срок завершения всего проекта. Если сам этот срок по первоначально составленному графику оказался выше директивного, то для его уменьшения необходимо изучить возможности сокращения именно критических, а не любых работ. Если учесть, что в реальных сетевых графиках критические работы составляют лишь 10 – 15% общего числа работ, ясно, каким ценным орудием управления является метод критического пути в руках руководителей сложных разработок.

Сетевой график может содержать не один, а несколько критических путей. Если бы, например, на нашем графике работа 9 – 10 продолжалась не 11, а 15 дней, то сеть содержала бы два критических пути: уже найденный нами путь 1 – 3 – 4 – 6 – 7 – 9 – 10. Сколько бы ни было на графике критических путей, все лежащие на них работы непосредственно влияют на срок наступления конечного события.

Опишем описанные выше способы определения рассмотренных временных характеристик сети в общем виде.

Предположим, что выполнение работы начато в момент времени
. Пусть
заданная продолжительность работ
. Величинызаписывают на соответствующих дугах сетевого графика и считают их длинами.

Ранним сроком начала работы называется наименьшее допустимое время, когда работа может быть начата.

Если из вершины выходит несколько работ, то ранние сроки начала этих работ совпадают и называютсяранним сроком наступления события .

Ранний срок начала работы
обозначают, а ранний срок наступления события
. Обычно для удобства величинызаписывают в верхней трети каждой вершины:

Если работа начата в ранний срок начала, то время её окончания называется ранним сроком окончания работы . Ранний срок окончания работы
обозначается.

Для вычисления ранних сроков наступления событий используют алгоритм Форда. Считают, что нумерация вершин является правильной.

Алгоритм расчёта ранних сроков начал и окончаний работ.

Запись под максимумом означает: перебор ведётся среди таких номеров , что работы
принадлежат множеству входящих в вершинудуг.

Номер -той вершины, при движении из которой получено значение, заносят в левую часть вершины.

После нахождения величины можно подсчитать ранние сроки начал и окончаний работ:
.

Критическое время и критический путь

Ранний срок наступления конечного события называется критическим временем и обозначается
Весь проект не может быть завершен раньше момента времени
т.е. критическое время – это минимальный срок окончания всего комплекса работ. На сетевом графике
- это длина пути наибольшей длины из начальной вершины в конечную.

Всякий путь длины равной
из начальной вершины в конечную называетсякритическим путём.

Алгоритм построения критического пути

Начинают построение с конечной вершины. В её левой трети стоит номер той вершины, при движении из которой определялся ранний срок наступления события. Критический путь идёт из конечной вершины в вершину с этим номером; затем в вершину, номер которой стоит в левой трети полученной при движении вершины, и так до начальной вершины.

Если для критических событий никакие отсрочки их наступления недопустимы без угрозы срыва всего проекта, то для некритических событий такие отсрочки возможны. На нашем графике некритических событий всего три: 2, 5 и 9. Возьмём событие 9. По графику оно наступает через 36 дней после начального события, но могло бы наступить и через 40 дней, если к 40 добавить 11 дней на работу 9 – 10, то получится 51 день, т.е. срок наступления события 10 не будет нарушен. Если же событие 9 наступит через 41 день, то это уже приведёт к отсрочке завершения всего комплекса работ. Таким образом, 40 дней – это наиболее поздний допустимый срок наступления события 9.

Событие 5 совершается через 19 дней после начала работ, но следующее за ним критическое событие 8 наступает лишь через 42 дня, и этот срок не был бы нарушен, если бы событие 5 наступило даже через 37 дней после начального события (42 – 5) = 37). Тогда и событие 2 могло бы наступить через 28 дней после события 1 (37 – 9 = 28).

Таким образом, некритические события наряду с ожидаемым сроком наступления имеют наиболее поздний допустимый срок наступления (даны в скобках у некритических событий). Для критических событий эти сроки совпадают.

Некритические работы также могут иметь известные резервы времени своего выполнения. Возьмём, например, работу 4 – 7. Предшествующее ей события 4 наступает через 11 дней, а завершающие событие 7 – лишь через 30 дней после начала работ. Очевидно, что срок наступления события 7 не был бы нарушен, если бы работа 4 – 7 продолжалась 19 дней – на 15 дней больше её продолжительности по графику. Эти 15 дней и составляют свободный резерв времени работы 4 – 7.

Свободный резерв времени работы 6 – 9 составляет 8 дней (36 – 7 – 21 = 8). Работа 7 – 9, хотя и является некритической, свободного резерва времени не имеет, то же относится к работе 1 – 2 и 2 – 5 (свободные резервы времени указаны на рисунке в скобках у стрелок работ). Ясно, что критические работы резервов времени не имеют.

При определении резервов времени работ можно принять и другую линию рассуждений. Скажем, для работы 6 – 9 максимально допустимое время выполнения составляет 19 дней (резерв 12 дней). Но при такой длительности работ 6 – 9 событие 9 наступит не в ожидаемый, а в наиболее поздний допустимый срок (40 дней), что, как мы видели, сроков выполнения всего проекта не нарушает. Итак, наряду со свободным резервом времени, равным 8 дням, работа 6 – 9 имеет полный резерв времени – 12 дней.

Работа 7 – 9 свободного резерва времени не имеет, однако её полный резерв составляет 4 дня (40 – 6 – 30 = 4). Полные резервы времени, отличные от свободных резервов, имеют также работа 1 – 2 (18 дней), 2 – 5 (18 дней), 4 – 5 (23 дня).

Запишем эти временные характеристики сетевого графика в общем виде:

Поздним сроком окончания работы называется наиболее позднее допустимое время окончания работы без нарушения срока завершения всего проекта . Поздний срок окончания работы
обозначаетсяи определяется по формуле:
.

Поздним сроком наступления события называется наиболее поздний срок окончания всех работ, входящих в соответствующую вершину. Алгоритм вычисления поздних сроков наступления события:

Таким образом, для конечной вершины поздний срок наступления событий совпадает со временем выполнения всего проекта. Затем просматривают все вершины в порядке убывания их номеров. Для каждой вершины рассматривают множество всех выходящих работ. Из поздних сроков наступления их концов вычитают продолжительность этих работ. Минимальная из этих разностей и равна . Величинузаписывают обычно для удобства в правой части вершины.

Из алгоритма вычисления поздних сроков следует, что увеличение наиболее позднего срока окончания проекта наединиц ведёт к увеличению поздних сроков наступления всех событий также наединиц.

После определения можно вычислить поздние сроки начала и окончаний всех работ проекта:
.

Резервы времени.

Рассмотрим некоторую работу
. Найдём время, которое можно выделить для выполнения этой работы без задержки срока окончания всего проекта. Работа
не может быть начата раньше срокаи должна быть закончена не позднее времени. Для выполнения этой работы нужно затратить не более
единиц времени. По плану эту работу можно сделать заединиц времени.

Максимально допустимое время, на которое можно увеличить продолжительность выполнения работы
или отложить начало так, что это не вызовет задержки выполнения всего проекта называетсяполным резервом времени.

Полный резерв времени работы
обозначают, он равен:

.

Если полный резерв времени некоторой работы равен нулю, то задержка её выполнения вызовет такую же по времени задержку выполнения всего проекта.

Если на некоторой работе использовать её полный резерв, то путь, проходящий через эту работу, станет критическим. Полный резерв времени любой работы на этом пути станет равным нулю.

Найдём время, которое можно дополнительно выделить для выполнения работы
без введения дополнительных ограничений на время выполнения последующих работ. Для этого выполнения работы должно быть законченно к моменту времени. Таким образом, можно выделить
единиц времени на выполнение работы
.

Величина
называетсясвободным резервом времени работы
. Если использовать свободный резерв на некоторой операции, то последующие работы могут быть по-прежнему начаты в свои ранние сроки.

Определение резервов времени, событий и работ сетевого графика имеет важное значение как для этапа разработки и корректировки, так и в ходе выполнения проекта.

Во-первых, в проекте могут оказаться “узкие места” с точки зрения обеспечения трудовыми или материальными ресурсами одновременно ведущихся работ. Предположим, например, что при анализе нашего графика – примера обнаружились трудности комплектования исполнителей в период после 21 дня, когда выполняются работы 5 – 8, 6 – 7 и 6 – 9. Эти трудности исчезают с наступлением события 7 (30-й день). Очевидно, что тогда для более равномерного распределения исполнителей можно отсрочить до наступления события 7 начало работы 5 – 8, имеющий значительный свободный резерв времени. Такая отсрочка, как уже отмечалось, отражается на графике введением фиктивной работы.

Во-вторых, в первоначально составленном графике общая продолжительность работ может оказаться выше директивно установленного срока. Чтобы уложиться в этот срок, нужно очевидно сократить длительность некоторых работ критического пути. Обычно это оказывается возможным, но при условии привлечения на эти работы дополнительных ресурсов. Их можно высвободить за счёт удлинения продолжительности некритических работ, причем вычисленные резервы времени покажут, до какого предела такое удлинение допустимо. (Нужно, однако, учитывать, что при сокращении продолжительности критических работ и увеличении некритических работ сам критический путь может измениться).

В-третьих, уже в процессе осуществления проекта часто возникают отклонения от намеченных сроков выполнения работ и наступления событий. По некритическим работам и событиям фактическое запаздывание против графика может никак не отразиться на сроках выполнения всего проекта – если запаздывание находится в пределах резервов времени. Знание этих резервов покажет руководству, является ли происходящее запаздывание допустимым или оно угрожает сорвать график в целом и должно быть всеми мерами предотвращено.

Описанный метод расчёта резервов времени позволяет, как было уже показано на примере, определить и критический путь как последовательность событий, не имеющих резервов времени. Предложен и ряд других алгоритмов определения критического пути, в частности, таких, которые хорошо приспособлены к обработке сетевых графиков на ЭВМ.

Сетевые графики, составленные для практических целей, имеют обычно сотни, а нередко и тысячи событий и работ. Более сложны для анализа те графики, в которых число работ намного превышает число событий. Отношение числа работ к числу событий графика считается показателем (коэффициентом) сложности сети. Сложные сети обрабатываются на ЭВМ. Машина осуществляет проверку правильности составление графика, производит его упорядочение, определяет критический путь и его протяжённость во времени, резервы времени некритических событий и работ. Как результат анализа сети машина выдаёт на печать перечень критических событий и работ и их параметров, сроки наступления и резервы времени событий, перечень работ, упорядоченный в зависимости от резерва времени или по иным признакам, и другую информацию, предусмотренную программой.

При определении характеристики сетевого графика предполагалось, что время выполнения каждой работы точно известно - детерминировано. Это предложение в действительности выполняется довольно редко, поскольку основное направление использования сетевых методов – это планирование новых сложных разработок, зачастую не имевших в прошлом вообще никаких аналогов. Поэтому чаще всего продолжительность выполнения работы сетевого графика является неопределённой, в математическом понимании – случайной величиной. Если известен закон распределения случайной величины, то нетрудно найти две её важнейшие характеристики – среднее значение (математическое ожидание) и дисперсию. Однако применительно к работам сетевого графика уверенно судить о законе вероятности времени конкретных работ обычно не удаётся.

По каждой работе
, точную продолжительность которую установить нельзя, определяются на основании опроса исполнителей и экспертов три временные оценки.

а) оценка минимального времени, за которое может быть выполнена работа при самом благоприятном стечении обстоятельств
(её называют также оптимистической оценкой).

б) оценка максимального времени, которое потребуется на выполнение работы при самых неблагоприятных условиях (пессимистическая оценка)
.

в) оценка наиболее вероятного времени выполнения работы при нормальных условиях
.

Указанные три оценки и являются основой для расчета её дисперсии. При этом используется гипотеза об определённом законе вероятности длительностей работ (так называемое - распределение). В алгоритмическом смысле гипотеза даёт возможность построить простые формулы определения для каждой работы средней ожидаемой продолжительностьи дисперсиипри заданных
и.

.

Величины определяют продолжительность выполнения работ на сетевом графике. На их основе рассчитываются сроки наступления событий и резервы времени. Время наступления события определяется суммой средних значений продолжительности работ на наиболее длительном пути, ведущему от начального события к данному, как и в случае детерминированных длительностей работ. Дисперсия срока наступления события равна (точнее принимается равной) сумме дисперсией длительностей тех же работ наиболее протяж ённого пути, ведущего к событию. Процесс определения резервов времени событий и работ не отличается от соответствующего расчёта в детерминированном случае.

Алгоритм расчёта сетевого графика с вероятностным временем выполнения операций включает следующие основные этапы:

1. Расчёт ожидаемого времени выполнения работ и дисперсии.

2. Расчёт наиболее раннего возможного срока наступления конечного события
(алгоритм изложен ранее).

Построение сетевой модели

Таблица 10.3

В качестве расчётного времени выполнения операций принимается ожидаемое время (таблица 10.4).

Таблица 10.4

Исследование сетевой модели

Первоначально рассчитываем наиболее ранний возможный срок наступления конечного события
, используя алгоритмы расчёта детерминированного сетевого графика. Затем определяем критический путь. В результате расчёта
дня (рис. 10.10).

Затем рассчитываем аргумент нормальной функции распределения вероятностей для критического пути:

.

Используя таблицу значений функции распределения вероятностей (см. табл. 10.3), определяем вероятность
.

Рис.10.10 Сетевой график процесса с результатами расчёта

Оптимизация сетевых моделей

При суждении о временных характеристиках событий сетевое планирование опирается на центральную предельную теорему теории вероятностей, которая утверждает, что сумма большого числа независимых случайных величин (в данном случае длительностей работ) при некоторых общих условиях имеет нормальное распределение со средним значением, равным сумме средних значений этих величин, и дисперсией, равной сумме этих дисперсией.

При анализе сетевых графиков по критерию времени выяснилось, что сокращение или увеличение продолжительности работ связано, как, правило, с возрастанием или уменьшением затрат на эти работы. Существование различных вариантов сетевого графика с разным уровнем затрат позволяет говорить о возможности поиска оптимальных вариантов. Естественно, в частности, поставить вопрос, какой из вариантов сетевого графика при данной общей длительности проекта осуществляется с наименьшими затратами. При иной постановке задачи отыскивается вариант ускорения комплекса работ, требующий минимального увеличения затрат.

Простейший подход, применяемый в практике сетевого планирования, предполагает, что каждой работе имеются следующие затраты: нормальная продолжительность работы и соответствующая ей величина затрат, срочная (экстренная) длительность работы и отвечающие ей затраты, стоимость ускорения работы в расчёте на единицу времени. Последняя величина в интервале между срочной и нормальной продолжительностью работы предполагается постоянной, т.е. ускорение работы и рост затрат связаны линейной зависимостью. Предположим, что для работ графика, изображенного на рис.10.11, указанные данные известны:

Методы сетевого анализа и сетевого управления применимы для разработки новых продуктов и технологий как в традиционных отраслях, для которых типичны лишь пошаговые инновации, так и для новых, быстро развивающихся: сетевое сотрудничество является важным инструментом и при мобилизации ресурсов, и при более эффективном использовании существующих ресурсов.

В практическом плане применение сетевого подхода в логистике дает возможность использовать графические методы планирования в сочетании с элементами вероятностных моделей распределения длительностей отдельных этапов работ.

Система сетевого планирования и управления (СПУ) - совокупность научно обоснованных положений организации и управления производством, основанной на моделировании процесса с помощью сетевого графика на базе применения теории графов, теории вероятностей и компьютерных технологий.

Система СПУ позволяет формировать календарный план реализации сложного комплекса работ, определять и мобилизовать резервы времени, предупреждать возможные срывы в ходе работ, осуществлять оперативную корректировку планов.

Первоначально разработка СПУ вызывалась необходимостью обоснованного прогнозирования срока окончания крупных бизнес-проектов, однако по мере развития этих систем и компьютерных технологий они стали применяться для решения значительно более широкого круга задач. Будучи эффективным средством планирования и управления, сетевые методы вместе с тем отличаются простотой и доступностью, что в немалой степени способствовало их быстрому освоению на практике. В настоящее время возможно применение СПУ как в форме однократного использования сетевых методов и моделей, так и в форме постоянно действующей системы СПУ как составной части более сложных систем управления. В этом случае методы СПУ сочетаются с применением ряда экономико-математических методов, в первую очередь таких, в которых использование сетевых моделей особо показательно и результативно (теория массового обслуживания).

Преимущества СПУ весьма велики, поскольку система позволяет:

• - сформировать календарный план реализации сложного бизнес-проекта;
• - определить и мобилизовать резервы времени, материальных, финансовых, информационных, трудовых ресурсов;
• - осуществить реализацию логистического принципа "точно в срок" с прогнозированием и предупреждением возможных срывов в ходе реализации проекта;
• - производить оперативную реализацию бизнес-проекта;
• - повышать эффективность менеджмента при четком распределении ответственности между руководителями разного уровня и исполнителями и необходимом делегировании полномочий.

Особенностью методов СПУ является не только моделирование всего комплекса работ, но и выявление тех участков, от которых в наибольшей степени зависит выполнение всего бизнес-проекта в установленные сроки. Этот метод учитывает все многообразие связей между отдельными работами, позволяет оценить влияние отклонения от плана на дальнейший ход работы и способствует оптимизации процесса управления всем ходом работ.

Основным элементом системы СПУ является сетевая модель, отображающая с любой степенью детализации план выполнения некоторого комплекса взаимосвязанных работ, заданного в специфической форме сети, наглядное изображение которой представляет собой сетевой график. Сетевым графиком называется наглядное изображение последовательности и взаимной логической связи всех работ, выполняемых в процессе разработки и получаемых при этом результатов, вплоть до достижения конечной цели. Различают системы СПУ с детерминированными и вероятностными моделями. Всем моделям свойственны общие принципы:

• - по каждому объекту составляются сетевые графики - условные экономико-математические модели, отражающие весь ход выполнения работ от начала до завершения;
• - сроки проведения работ по отдельным этапам определяются исходя из конечного срока;
• - при составлении сетевого графика используются следующие исходные материалы: задание на проектирование, проектно-конструкторская документация, проекты производства работ, действующие технологические процессы, графики поставок ресурсов, оборудования, документации.

Главными элементами сетевого графика являются понятия событие и работа. Термином "работа" обозначается совокупность приемов и действий, необходимых для выполнения конкретной задачи или достижения определенной цели. Работа выражает сложное понятие и подразделяется на работу-действие, работу-ожидание и зависимость (фиктивную работу).

Работа-действие - процесс, происходящий во времени, и требующий затрат ресурсов (материальных, информационных, финансовых, трудовых). Каждая работа-действие конкретна, определенна, имеет ответственного исполнителя. Она переводит одно событие в другое и на сетевом графике изображается сплошной линией со стрелкой. Примеры подобной работы: закупка материальных ресурсов, изготовление конечной продукции, испытание конструкции.

Работа-ожидание - процесс, происходящий во времени, но не требующий ресурсных затрат. Работа-ожидание переносит событие во времени и на сетевом графике также изображается сплошной линией со стрелкой. К таким работам относятся процесс сушки изделия естественным путем после покраски, твердение бетона при строительных работах.

Зависимость (фиктивная работа) показывает логическую связь между двумя или несколькими событиями; не требует ресурсных и временных затрат, но указывает на то, что возможность начала одной работы непосредственно зависит от результатов другой. Ее продолжительность принимается равной нулю и на сетевом графике она изображается пунктирной линией со стрелкой.

Термином событие обозначается некоторый итог, результат, состояние, момент завершения процесса, которым закапчивается какая-либо работа. Событие отражает этап выполнения комплекса работ, причем этот результат должен быть достаточным для начала последующей работы. Иначе говоря, событие может свершиться только тогда, когда закончатся все работы, ему предшествующие, а последующие работы могут начаться только тогда, когда событие свершится. Для всех непосредственно следующих за ним работ событие является начальным или предшествующим, а для всех непосредственно предшествующих ему работ - конечным или последующим. Событие не имеет продолжительности, совершается как бы мгновенно; оно должно иметь точную формулировку, включающую в себя результат всех непосредственно предшествующих ему работ.

События могут быть простыми и сложными. Простое событие характеризуется результатом выполнения одной работы, а сложное событие - двух и более работ. Среди событий выделяют исходное и завершающее события. Исходное событие не имеет предшествующих работ и событий, относящихся к отраженному в сетевой модели комплексу работ. Завершающее событие не имеет последующих работ и событий.

Если в сетевой модели нет числовых оценок, то такая сеть называется структурной. Однако чаще всего используются сети, в которых заданы оценки продолжительности работ (указываемые в часах, неделях, месяцах и т.д. над соответствующими стрелками), а также оценки других показателей (трудоемкости, стоимости). Ориентация и размеры стрелок (топология сети) принципиального значения не имеют, так же как сетевой график не имеет масштаба. При построении сетевого графика необходимо соблюдать целый ряд общепринятых правил:

• 1) только исходные события не имеют входящих стрелок, т.е. не должно быть событий (кроме исходного), которым не предшествует хотя бы одна работа;
• 2) только конечные события не имеют выходящих стрелок, т.е. не должно быть событий, из которых не выходит ни одна работа, за исключением завершающего;
• 3) каждая работа должна иметь предшествующее и последующее события;
• 4) не должно быть контуров и петель, соединяющих события с ними же самими, так как это означает, что условием начала некоторой работы является ее же окончание;
• 5) любые два события должны быть непосредственно связаны не более чем одной работой. Нарушение этого условия приводит к появлению на сетевом графике параллельных работ, которые могут значительно отличаться по затрачиваемым ресурсам. Для устранения этого нарушения вводится фиктивное событие, фиктивная работа и одна из параллельных работ замыкается на это фиктивное событие.

Рассмотрим комплекс работ подготовки производства и изготовления определенного изделия (табл. 4.2).

Таблица 4.2. Комплекс работ подготовки производства и изготовления изделия

Располагая выделенными событиями и связывающими их работами, необходимо построить и упорядочить сетевой график. Как следует из перечня работ, исходным событием сетевого графика является событие 1 - ему не предшествуют никакие работы, а завершающим - событие 9, так как за ним не следует ни одна работа.

Обычно на сетевых графиках изменение времени полагается слева направо, поэтому поместим событие 1 в левую часть графика, а событие 9 - в правую часть, после чего разместим между ними промежуточные события в некотором порядке, соответственно их номерам.

События свяжем указанными в перечне работами. Построенный сетевой график (рис. 4.5) явно не упорядочен, кроме того, нарушены правила построения (допущено пересечение работ на графике).

Упорядочение сетевого графика заключается в том, чтобы добиться такого расположения событий и работ, при котором для любой работы предшествующее ей событие было расположено левее и имело меньший номер по сравнению с завершающим эту работу событием, а все работы были направлены слева направо - от событий с меньшими номерами к событиям с большими номерами.

Для упорядочения условно разобьем сетевой график на несколько вертикальных слоев, обозначив их римскими цифрами (рис. 4.6).

Рис. 4.5.

Рис. 4.6.

Поместив в слой I начальное событие 1, мысленно вычеркнем на рис. 4.6 это событие и выходящие из него стрелки, тогда без входящих стрелок останется событие 2, которое мы поместим в слой II. Вычеркнув событие 2, с выходящими из него работами, обнаружим, что без входящих стрелок останутся события 3, 4, 5, которые составят слой III. Вычеркнем события 3, 4, 5 с выходящими из них работами - тогда в слое IV окажутся события 6 и 7. Носче вычеркивания последних без входящих стрелок окажется событие 8, которое расположим в слое V. После аналогичных операций в слое VI окажется завершающее событие 9. Теперь не представляет труда изобразить окончательный вид графика с указанием продолжительности всех работ (рис. 4.7).

Рис. 4.7.

Заметим, что упорядоченный график отражает последовательность событий и работ гораздо более наглядно и четко. В сложных сетях упорядочение графика является непременным условием его последующего анализа. Правильно составленный график всегда может быть упорядочен, чего нельзя сказать о графике, содержащем петли и контуры.

Любая продолжительность работ, которая начинается исходным (начальным) событием и закапчивается завершающим (конечным) событием, называется путь. Длина (продолжительность) любого пути равна сумме продолжительностей составляющих его работ. Все пути в сети являются необходимыми и для достижения конечной цели все работы, лежащие на этих путях, должны быть выполнены. От начального события к конечному можно построить множество путей различной протяженности. Все возможные варианты представлены в табл. 4.3.

Таблица 4.3.

Путь, имеющий наибольшую временную продолжительность, называется критическим. В нашем случае этот вариант пути таков: 1-2 - 3 - 7 - 8 - 9. Критическими называются также события и работы, расположенные на критическом пути. Пути, имеющие продолжительность, близкую к продолжительности критического пути, называются подкритическими, а остальные - ненапряженными.

Критический путь является центральным понятием СПУ. Важнейшей целью анализа сетевого графика по критерию времени является установление общей продолжительности всего комплекса работ. Общая продолжительность определяется не всеми работами сети, а лишь лежащими па критическом пути. Увеличение времени или задержка выполнения любой критической работы ведет к задержке завершения всего комплекса работ, в то время как отсрочка выполнения некритических работ может и не отразиться на сроке наступления завершающего события. Отсюда следует, что первоочередное внимание надлежит уделить своевременному выполнению критических работ, обеспечению их необходимыми материальными, информационными, финансовыми, трудовыми и пр. ресурсами с тем, чтобы выдержать срок выполнения всего комплекса работ. Если критический путь по первоначально составленному графику оказался продолжительней планового срока, то для его уменьшения необходимо выявить возможности сокращения именно критических, а не любых других работ. В этом и проявляется логистическое содержание метода СПУ.

Если длительности работ не являются детерминированными величинами, то каждая работа оценивается следующими возможными сроками исполнения:

^пнп - оптимистическая оценка - минимальный срок, в течение которого будет выполнена работа в наиболее благоприятных условиях;

£тах - пессимистическая оценка - максимальный срок," необходимый для выполнения работы при наиболее неблагоприятных условиях;

£|ш - наиболее вероятная продолжительность времени, показывающая время выполнения работы в нормальных условиях;

10Ж - ожидаемая продолжительность работы; определяется на основании вышеуказанных оценок по одной из формул:

Исходной информацией сетевой модели являются:

• - сеть с единственным исходным событием 1 и единственным завершающим событием 9, которое является единственным целевым в модели;
• - продолжительность каждой из комплекса работ, представленных в сети, при этом фиктивным работам соответствует нулевая продолжительность.

Кроме того, исходная информация содержит момент начала выполнения комплекса работ, т.е. момент наступления исходного события, а также плановый срок наступления завершающего события, т.е. всего комплекса работ.

Любой план однозначно определяет момент завершения комплекса работ и если задан плановый срок, то критический путь модели не должен превышать этого срока. Если продолжительность критического пути не превышает плановый срок или в исходной информации таковой отсутствует, то допустимый план существует и выполнение его реально. При этом момент наступления событий, начала и окончания работ определяются исходной информацией не обязательно однозначно: они могут варьироваться в определенных диапазонах. При анализе сетевого графика определяются параметры, ограничивающие этот диапазон. При анализе сетевого графика определяются параметры, ограничивающие эти диапазоны.

Для каждого события определяются:

Тр - ранний срок наступления события - минимальный из возможных моментов наступления данного события при заданных продолжительностях работ и начальном моменте без учета планового срока завершения комплекса работ. Ранний срок наступления события определяется продолжительностью максимального пути, предшествующего этому событию, так как событие не может свершиться до наступления всех предшествующих ему событий и выполнения всех предшествующих работ. Наступление события может быть задержано до тех пор, пока срок его наступления и продолжительность максимального из последующих за ним путей не превысит длины критического пути;

Т" - поздний срок наступления события - максимальный из допустимых моментов наступления данного события, при которых еще возможно выполнение всех последующих работ с соблюдением планового срока наступления завершающего события. Поздний срок наступления события определяется разностью между длительностью критического пути и продолжительностью максимального пути, следующего за этим событием до завершающего события сети;

К - резерв времени события - допустимый срок, на который можно задержать наступление этого события, не вызывая при этом увеличения срока выполнения всего комплекса работ. Резерв времени события определяется как разность между поздним и ранним сроками его наступления. Временные параметры событий для нашего сетевого графика представлены в табл. 4.4.

Таблица 4.4. Временные параметры событий

Для каждой работы определяются:

Ранний срок начала работы - минимальный из возможных моментов начала данной работы при заданных продолжительностях работ и заданном начальном моменте. Ранний срок начала работы совпадает с ранним сроком наступления ее начального события;

№° - ранний срок окончания работы - минимальный из возможных моментов окончания данной работы при заданных продолжительностях работ и заданном начальном моменте. Превышает ранний срок ее начала на величину продолжительности этой работы;

£п" - поздний срок начала работы - максимальный из допустимых моментов начала дайной работы, при которых еще возможно выполнение всех последующих работ с соблюдением планового срока наступления завершающего события. Меньше позднего срока ее окончания на величину продолжительности этой работы;

£по - поздний срок окончания работы - максимальный из допустимых моментов окончания данной работы, при которых еще возможно выполнение всех последующих работ с соблюдением планового срока наступления завершающего события. Совпадает с поздним сроком наступления ее конечного события;

Д° - общий (полный) резерв времени работы - максимальное время, на которое можно отсрочить начало или увеличить продолжительность работы, не изменяя заданный срок наступления завершающего события. И° равен резерву максимального из путей, проходящего через эту работу. Полный резерв можно использовать при выполнении данной работы, если ее начальное событие наступит в ранний срок и можно допустить наступление се конечного события в его поздний срок;

Я4 - частный (свободный) резерв времени работы - максимальное время, на которое можно отсрочить начало или увеличить продолжительность этой работы при условии, что все события сети наступают в свои ранние сроки. Частный резерв времени может быть использован в случае, когда окончание предыдущей работы произошло в поздний допустимый срок, а последующие работы хотят выполнить в ранние сроки.

Значения ранних и поздних сроков начала (окончания) работ, а также общего и частного резервов времени приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5.

Если плановый срок совпадает с полученной продолжительностью критического пути, то работу по составлению сетевого графика и расчету его параметров можно считать законченной. Если же полученный срок превышает плановый, следует принять меры по сокращению критического пути, провести корректировку или оптимизацию сетевого графика.

Анализ сетевого графика направлен па выявление возможности сокращения общего срока выполнения всего комплекса работ за счет уменьшения продолжительности работ критического пути. При этом длительность критических работ, обладающих резервами времени, может быть увеличена без ущерба для общего срока выполнения работы.

Заметим, что сама по себе величина резерва времени еще не в достаточной степени характеризует зависимость выполнения всего комплекса от той или иной работы некритического пути. Важно, с какой последовательностью работ этот резерв времени соотносится. Степень сложности выполнения в срок каждой из работ некритического пути характеризует коэффициент напряженности работы (К") - отношение продолжительности несовпадающих отрезков пути, одним из которых является путь максимальной продолжительности, проходящий через данную работу, а другим - критический путь:

ице £тах - продолжительность максимального пути, проходящего через данную работу; £кр - продолжительность критического пути; £"кр - продолжительность отрезка рассматриваемого пути, совпадающего с критическим путем.

Коэффициенты напряженности работ рассматриваемого комплекса приведены в табл. 4.6.

Таблица 4.6.

Коэффициент напряженности работ К" - величина относительная: различные работы с одинаковым общим резервом времени могут характеризоваться различными коэффициентами напряженности, и, напротив, при различных общих резервах времени возможны одинаковые коэффициенты напряженности. Величина коэффициента напряженности лежит в интервале от 0 до 1, при этом наибольший коэффициент напряженности (К" = 1) у работ, лежащих на критическом пути. Чем ближе коэффициент напряженности работы к 1, тем сложнее выполнить ее в установленные сроки и тем больше внимания в процессе организации и проведения работ должно быть ей уделено. Рассчитанные коэффициенты напряженности позволяют классифицировать работы по следующим зонам напряженности:

• - критическая - с коэффициентом напряженности от 1 до 0,8: работы 1-2,2-3, 2-5,5-6,3-7,5-7, 6-8,7-8, 8-9;
• - подкритическая - с коэффициентом напряженности от 0,8 до 0,6: работа 1-3;
• - резервная - с коэффициентом напряженности менее 0,6: работы 1-4, 2-4, 4-6, 2-7, 3-9, 7-9.

Работа по оптимизации сетевого графика представляет собой процесс улучшения организации выполнения комплекса работ с учетом срока его выполнения. Оптимизация графика осуществляется с целью сокращения продолжительности критического пути, выравнивания коэффициентов напряженности работ, рационального использования имеющегося ресурсного потенциала На сокращение продолжительности работ, лежащих на критическом пути, нацелен комплекс мероприятий, важнейшими из которых являются:

• - перераспределение различных ресурсов - временных (использование резервов времени, некритических путей), материальных, трудовых, финансовых (перераспределение части сырья и материалов, мощностей и оборудования, исполнителей, денежных средств) с некритических путей на работы критического пути;
• - снижение трудоемкости работ критического пути за счет передачи части работ на другие пути, обладающие резервами времени;
• - выполнение трудоемких работ критического пути параллельно;
• - пересмотр и изменение состава работ и структуры всей сети.

Теоретически конечным результатом оптимизации сетевого графика является равенство любого полного пути длине нового критического пути и, следовательно, равная напряженность всех работ, чего практически не всегда удается добиться.