關鍵鏈技術在工程設計管理實踐中的應用研究

摘 要：在簡單地介紹了關鍵鏈技術的假設和內容后，從工程設計管理的實踐出發，對關鍵鏈技術的制約因素確認、工作持續時間確定、緩沖區設置和項目執行過程中的進度控制方法等進行了系統的介紹，并對關鍵鏈法的應用進行了總結。

關鍵詞：關鍵鏈技術；工程設計管理；研究

引言

工程項目的全生命周期中，工程設計是非常重要的一環，其質量和周期直接影響了整個項目的質量和工期。作為一個獨立的系統工程，工程設計本身由于涉及專業眾多、各專業技術復雜程度高、設計過程中不確定因素多等特點而成為項目管理的重點。

近年來，隨著市場經濟的進一步深化，工程設計領域的業務日益增加。各設計院所、工程公司在進度和質量的平衡中不斷摸索前進，新的項目管理理論和方法被不斷應用于實踐中并取得了顯著成果，關鍵鏈技術（CCPM）就是其中的一種。

1 關鍵鏈技術相關背景

關鍵鏈一詞源于以色列物理學家Goldratt博士在1997年出版的管理學著作《關鍵鏈》[1]一書。該書將約束理論（TOC）應用于項目管理之中，強調以有限的資源與消除不良的工作行為概念進行項目進度的規劃和管理，并創造性地提出了通過集中管理項目的緩沖時間來監控整個項目執行的方法。

2 關鍵鏈技術的相關假設

2.1 墨菲定律（Murphy's theorem）

“墨菲定律”是由愛德華·墨菲（Edward A. Murphy）提出的，原句為：“如果有兩種或兩種以上的方式去做某件事情，而其中一種選擇方式將導致災難，則必定有人會做出這種選擇”。即：壞事必然發生，無論概率多小。

2.2 學生綜合癥（Students' Syndrome）

表現為人們在工作開始時并不是馬上全力以赴去完成它，而是到了最后時刻才投入全部精力。就像很多學生平時把大部分時間和精力都投入到學習之外，考試之前才開始突擊學習一樣。

2.3 帕金森定律（Parkinson's Law）

諾斯科特·帕金森在1955年出版的《帕金森定律》[2]一書中指出：“你有多少時間完成工作，工作就會自動變成需要那么多時間”。即工作總是要拖到規定的時間結束才會完成，從來不會提前完成。

3 關鍵鏈技術（CCPM）

在1986年出版的《目標》[3]一書中，Goldratt博士提出了著名的約束理論（TOC）。簡單來講，TOC就是關于進行改進和如何最好地實施這些改進的一套管理理念和管理原則，可以幫助企業識別出在實現目標的過程中存在著哪些制約因素：TOC稱之為“約束”，并進一步指出如何實施必要的改進來一一消除這些約束，從而更有效地實現企業目標。

1997年，Goldratt博士在《關鍵鏈》一書中正式提出關鍵鏈的概念。關鍵鏈技術（CCPM）是約束理論（TOC）在項目管理領域的實際應用。它更強調從整個項目而非單個活動的角度出發來看待問題，從而發現項目可能延誤的根本原因（制約因素），采取措施以保證項目能按計劃完成。

4 工程設計管理實例-關鍵鏈法的應用

4.1 項目背景

一家全球知名集團（以下簡稱甲方）在華東地區計劃新建一個現代化食品工廠，概念設計和初步設計已經由甲方工程部門完成，隨后通過招投標，最終委托某工程公司（以下簡稱設計方）進行整個項目的施工圖設計工作。由于甲方的全球戰略調整，原定3個半月（107個日歷日）完成的設計任務甲方要求必須在2個半月（79個日歷日）內交付圖紙。因此原來制定的設計進度已不能滿足要求，必須進行修改以滿足工期需求。

4.2 原進度分析與制約因素確認

該工程設計工作的原進度流程經簡化后如圖1所示：

按照傳統的關鍵路徑法（CPM）分析，關鍵路徑為耗時最長的路徑A-B-C-D-H，工期105天，可以滿足甲方的要求。但是按照關鍵鏈技術來分析，其中的C、E、F三項任務共用了同一資源R3，可以認為該資源即為此進度的制約因素。由于資源的制約和時間的控制是同等重要的，因此必須考慮資源沖突。由于任務C是關鍵任務，為了保證進度必須先安排C，再考慮E和F。由此得到圖2所示關鍵鏈流程：

注：虛線表示資源使用順序

圖2 關鍵鏈進度流程

其中最長的路徑為A-B-C-E-F-H，即為此進度的關鍵鏈，工期為119天。也就是說原進度如不采取措施根本就無法在甲方規定的時間內完成（107<119）。

4.3 關鍵鏈法工作持續時間的確定

圖3 任務工時估計概率分布

Goldratt博士認為傳統任務大部分時間估計大概具有90%的保證率，也就是按照估計時間有90%的概率可能完工，關鍵鏈法則采用50%可能完成的執行時間作為工作的估計執行時間，兩者的差值即為安全時間（見圖3）。

根據關鍵鏈法最常用的減半法，即將工序原先估計的工時減半后作為工序新的工時，得到圖4所示移除了安全時間的進度流程：

圖4 移除各任務安全時間的進度流程

此時關鍵鏈仍為A-B-C-E-F-H，工期為61天，稱為“最可能完工時間”（50%概率）。

4.4 緩沖區設置

在關鍵鏈技術中把安全時間從每個任務中取出，經轉換后形成整個項目的項目緩沖時間（PB）和輸入緩沖時間（FD）。其中項目緩沖時間位于項目整個關鍵鏈的末端，而輸入緩沖時間位于非關鍵鏈匯入關鍵鏈的入口，兩者都是用來應對項目執行過程中的種種不確定因素及墨菲定律的。

除PB和FB之外還有資源緩沖（RB），它不是時間緩沖，只是一個警告信號，是為了防止關鍵鏈受資源短缺的影響。

緩沖時間的估值辦法有剪貼法（C&P）和根方差法（RSE）[4]。以實踐應用來看，根方差法更精確，而剪貼法雖然簡單明了，容易計算，但是容易受鏈路任務的多少影響：鏈路上任務多時緩沖時間易過長，反之則易過短。過長或者過短對進度的管控都有不良影響。

根據根方差法公式： B=[]1/2， 每個任務的安全時間為ti，經過計算可以得到下圖5所示的設計項目的關鍵鏈和緩沖區：

圖5 項目的關鍵鏈和緩沖區

4.5 項目緩沖區管理

在項目執行過程中，項目緩沖區通常按照長度被均分為三個部分：綠色、黃色和紅色，并預先設定不同的措施以應對[5]。

針對本項目，由于甲方只給了79天用以完成設計，而以上關鍵鏈法得到的工期為61天加項目緩沖26天，合計為87天，已經超出了計劃。因此在設計過程中采用了動態追蹤表格（表1）的方式來管理緩沖時間：

表1 緩沖區動態追蹤表

4.6 項目最終結果

按照以上制定的關鍵鏈進度計劃和緩沖區監控管理措施，并通過采取各種獎勵機制調動設計人員的積極性，加強與甲方和審圖公司的溝通等措施，最終該項目在第76天完成，比原計劃提前3天。甲方對設計質量和進度均表示滿意。

4.7 經驗總結

工程設計是純智力產品的生產和管理的過程，因此關鍵鏈法的工序時間估計在具體設計任務上采用50%的冒險估計是可行的，但是在涉及到外部因素比如審圖公司的審核時就必須非常慎重，因為其屬于不可控因素，無法要求對方完全按照己方擬定的進度行事。由此可見關鍵鏈法在估算工序時間上的手段上尚顯單一，不能同時滿足各種不同類別的任務時間估算。如何對不同性質不同需求的任務進行分類，分類后如何確定什么樣的時間估計方法才是科學合理的，這些都是目前需要研究解決的問題。

5 結束語

文章從工程設計管理的實踐經驗出發，總結出按照關鍵鏈知識和技術，如何有效避免“學生綜合癥”和“帕金森定律”等拖沓現象，如何合理地規劃和安排設計進度，從而實現縮短設計周期，提高設計質量的目的。

參考文獻

[1]Goldratt E M. Critical Chain[M]. MA： The North River Press，1997.

[2]Parkinson， Cyril Northcote. Parkinson's Law[M]. The Economist.1955.

[3]Goldratt E M， Cox J. The Goal[M]. 2nd ED. Alder-shot：Gower，1993.

[4]單汩源，龍穎.一種關鍵鏈緩沖機制改進方法及其應用研究[J].項目管理技術，2006，9：32-35.

[5]張靜文，胡信布，王茉琴.關鍵鏈項目計劃調度方法研究[J].科技管理研究，2008，3：280-283.

作者簡介：何流（1974-），男，上海市人，工作單位：赫斯基注塑系統上海有限公司，職務：項目經理。