Сетевое планирование и управление

Пример учебного фильма советских времен по сетевому планированию и управлению.

Ниже приведено изложение этого материала в текстовом и видео формате.




Стремительное развитие новой техники, новизна и сложность технических решений, трудности координации выполнения больших комплексов работ потребовали совершенствования методов планирования и управления техническими разработками и производства.

Одним из таких прогрессивных методов является Сетевое планирование и управление (СПУ). СПУ – это система планирования и управления комплексом работ, направленных на достижение поставленных целей, широко применяемая сейчас у нас в стране в разных сферах народного хозяйства: в строительстве, научно-исследовательских лабораториях и в производственных условиях.

В основе системы сетевого планирования и управления лежит сетевая модель или графическое изображение плана работ.

Перед вами сетевой график на создание ротора турбины. Эта сеть, состоящая из отдельных стрелок и кружков, наглядно показывающая последовательность всех выполняемых работ. От начала разработки чертежей конструктором до изготовления и сдачи готового изделия. В данном случае ротора турбины.

Фрагмент 1. Принципы построения сетевых графиков.

В основу построения сетевых графиков закладываются два главных элемента – работа и событие.

Работа изображается на графике стрелками. Длина стрелки может быть произвольной. Она не выражает продолжительность работы. Понятие работы может означать действительную работу, т.е. трудовой процесс, требующий затрат времени и ресурсов. Например, проектирование рабочих чертежей какого-либо узла. Разработку технологических процессов его изготовления, обработку деталей и т.д.



Другое значение – это ожидание, не требующее затрат труда, но занимающее время. Например, твердение бетона, остывание ротора. И наконец, под работой подразумевают логическую связь между двумя событиями, фактически не требующими затрат времени. Такая работа называется фиктивной и изображается пунктирной стрелкой.

Например, фиктивная работа может заключаться в передаче или получении информации.

Обратите внимание: стрелки работ расположены на графике слева направо так, что они моделируют технологическую последовательность выполнения работ и одновременно отражают их взаимосвязи.

События, изображаемые кружками, представляют собой результаты одной или нескольких работ. Например, окончено проектирование ротора, материальная ведомость составлена, технологический процесс разработан.

Таким образом, кружок изображает событие, а цифра внутри кружка – индекс события, номер события.

В общем случае индекс начального события любой работы обозначается буквой i, а конечного – j.

Так как всякая работа сетевого графика соединяет два события, она может быть закодирована индексами ее начального и конечного событий.



Вот например работа по изготовлению оснастки для обработки лопаток ротора. Начальным событием её является готовность чертежа оснастки. Конечным событием будет результат рассматриваемой работы, т.е. готовность оснастки в металле.

Итак, данная работа будет закодирована цифрами 14, 21.



По такому же принципу кодируется каждая работа, входящая в сетевой график. И еще одна важная деталь. Конечное событие каждой работы является начальным для последующей. Сети (?) направленны к достижению одной цели. Только одно событие, завершающее, не имеет последующих работ.

Чтобы обеспечить логическую взаимосвязь работ и возможность расчета параметров сетей при построении их необходимо соблюдать ряд правил.

Не должно быть тупиковых событий. Т.е. тех, из которых не выходит ни одной работы.



Хвостовых событий, в которые не входит ни одна работа.



И замкнутых контуров, т.е. путей, которые соединяют начальное событие с ним же самим.



В то же время из одного и того же события может выходить несколько работ, так же как и входить в него. Чтобы начать, например, предварительную обработку вала ротора, необходимо иметь исходную заготовку и специальную оснастку.

Продолжительность каждой работы измеряется в единицах времени – днях, неделях, месяцах – и записывается над стрелкой, изображающей работу.



Любая последовательность работ, в которой конечное событие каждой работы является начальным для последующей, называется путем.



Полный путь – это непрерывная последовательность выполняемых работ от исходного до завершающего события.



Полных путей в каждой сети всегда бывает несколько. Для любой работы ij продолжительность ее выполнения обозначается через tij.



Если известно время выполнения каждой работы, то для любого пути L может быть вычислена его продолжительность. Она равна сумме продолжительностей входящих в него работ.



В данном случае первый путь равен 15 неделям, второй путь нашего графика L2 имеет продолжительность 14 недель, третий путь равен 29 неделям, L4 – 16 неделям, L5 – 29, L6 – 42, L7 – 50 неделям.

Сравнение рассмотренных путей позволило выявить путь максимальной продолжительности. Это и есть критический путь нашего графика.



Его продолжительность соответствует времени выполнения всего комплекса работ, в данном случае, по созданию ротора.
До сих пор мы имели дело с детерминированным графиком. Т.е. таким, где продолжительность работ определялась по ранее установленным нормативам.

Однако при выполнении многих научно-исследовательских, экспериментальных и опытно- конструкторских работ часто бывает невозможно заранее точно оценить их продолжительность.

Например, при проверке лопаток ротора на прочность, испытания могут иметь различную продолжительность в зависимости от свойств и конструктивных особенностей лопаток.

Сети, включающие работы с элементами неопределенности в оценках их продолжительности, называются вероятностными.

Чтобы рассчитать такие сетевые графики необходимо использовать теорию вероятностей и на основе ряда возможных оценок получить ожидаемое время выполнения работ.

Как правило, в этом случае исполнитель дает три временные оценки: минимальную, соответствующую наиболее благоприятным условиям выполнения работы; максимальную, с учетом наихудшего стечения обстоятельств; наиболее вероятную, которая может иметь место в реальных условиях при обычном ходе работы.

Вероятность выполнения работы в минимальный и максимальный сроки мала. Обычно продолжительность работы бывает близка к наиболее вероятной оценке. Учитывая закон распределения вероятностей продолжительности работы ожидаемое время ее выполнения определяется по формуле

t ож = (t min + 4 t нв + t max)/6

t ож как правило несколько отличается от t нв.



Фрагмент 2. Основные параметры сетей

Итак, график вычерчен, закодированы работы и определено время необходимое для их выполнения.

Критический путь – важный параметр сетевого графика. Увеличение продолжительности одной из работ принадлежащих этому пути, ведет к срыву срока выполнения всего задания. Так как у работ на этом пути нет резервов времени.

Работы и события на других путях могут иметь резервы времени. Чтобы найти их, рассмотрим сначала понятия раннего и позднего сроков свершения событий. Так, например, ранний срок свершения события 12 определяется продолжительностью максимального из путей, ведущих от исходного события к данному.



Первый путь проходит через события 1,5, 6, 11, 12. Продолжительность его составит 21 неделю. Второй путь проходит через события 1, 4, 7, 12. И хотя его продолжительность 8 недель, самый ранний срок свершения события 12 может наступить только через 21 неделю.

Почему расчеты ранних сроков мы ведем по максимальному пути?
Представьте себе, что требуется отремонтировать магнитофон. Один из техников займется двигателем и затратит на эту работу 2 дня. Второй проверит монтажную схему и закончит свою работу через 4 дня. Следовательно, наиболее ранний срок, когда можно приступить к сборке магнитофона – 4 дня.

В знакомом нам графике по созданию ротора, ранний срок свершения завершающего события 26 равен продолжительности критического пути. В то же время он является и наиболее поздним сроком его свершения, т.е. соответствует окончанию изготовления ротора.

Поздние сроки свершения остальных событий определяются в направлении от завершающего события к данному.

Так, например, поздний срок свершения события 19, определится как разность между продолжительностью критического пути, в нашем примере он равен 50 неделям, и продолжительностью максимального пути от завершающего события к данному.


Критический путь.


Путь от завершающего события к данному.

Тп19=50-(2+6)=42

42 недели. Это самый поздний срок свершения события 19.
Разность между поздним и ранним сроками свершения события является его резервом времени.



Ранний срок свершения события – путь от исходного события до события 19.

Поздний срок свершения этого события 42 недели, а ранний, который мы определяем от исходного события до события 19, составляет 7 недель. Следовательно резерв времени события 19 будет равен 35 неделям.

В свою очередь работы тоже могут располагать резервом времени, но уже двух видов: полным и свободным.
Сущность резервов времени работы может быть пояснена графически. Если мы на шкале времени представим моменты свершения начального и конечного событий какой-либо работы. Возьмем, например, из нашего сетевого графика работу 4,8.



Тогда событие 4 может свершиться в свой ранний срок, а может произойти только в поздний. Точно также и событие 8 может произойти в ранний или поздний сроки.



Между событиями 4,8 должна быть выполнена работа. Время её выполнения 2 недели.



Оно может быть меньше, чем время между поздним сроком свершения события 4 и ранним сроком свершения события 8.



Но, как видите, интервал времени между t поздним событием 8 и t ранним события 4 больше чем продолжительность самой работы 4,8.



Следовательно, мы располагаем каким-то резервом времени, при выполнении этой работы.

Работа может начаться в свой ранний срок. Работа может кончиться в крайнем случае в момент позднего срока свершения события 8. Это позднее окончание работы 4,8. Если работа выполнена к моменту позднего срока свершения события 8, то исчерпан полный резерв времени данной работы.



Полный резерв времени определяется разностью между поздним сроком свершения конечного события, ранним сроком свершения начального события и продолжительностью самой работы.



Но полностью использовать этот резерв для данной работы нельзя. Так как мы лишим всех последующих исполнителей возможности маневрирования, а в процессе выполнения работ, особенно имеющих элемент неопределенности, часто бывает необходимо иметь запас времени.

Каким же резервом может полностью располагать исполнитель данной работы? Исполнитель данной работы располагает свободным резервом. Который определяется разностью между ранним сроком свершения конечного события данной работы, ранним сроком свершения начального события и продолжительностью самой работы.



Если мы свободный резерв используем либо сдвинув начало выполнения работы, либо увеличив продолжительность её на величину свободного резерва, тогда событие 8 всё же свершится в ранний срок. Таково свойство свободного резерва.

Если событие 4 произошло где-то между ранним и поздним сроками свершения, то свободный резерв уменьшится.
Резервы работ позволяют ответственным исполнителям маневрировать временными ресурсами. Что особенно важно на этапах оптимизации графика и управления разработками с его помощью.

Для расчета и оптимизации сложных сетевых графиков, содержащих большое количество событий, широко применяются электронно-вычислительные машины. Моделируя процесс разработок, машина может выполнять не только расчетные операции, но и логическую перестройку графика, в связи с изменением времени выполнения работ.

Фрагмент 3. Примеры практического применения сетевого графика.

Принципы построения сетевых графиков едины. И для формирования поездов и для капитального ремонта уникального оборудования и для создания и испытания паровой турбины. Хотя сетевые модели могут отличаться друг от друга и по количеству событий, и по времени, отведенному на их выполнение. Естественно, что и сложность управления ходом работ по этим графикам тоже различная.


Примеры сетевых моделей.

Вот перед вами мощная турбина. Её сконструировали на заводе, где умело используют систему сетевого планирования и управления, сочетая основные принципы построения сетевого графика со спецификой работ данного предприятия.

Сначала на заводе составляют структурную схему комплекса работ по созданию нового изделия. В конструкторском отделе решаются конструктивные особенности каждой детали, из какого материала она должная быть сделана. Затем подготавливаются чертежи и материальные ведомости на отливки и поковку, получаемые по кооперации. Размещаются заявки на материал и кооперированные поставки.

На этапе технологической подготовки разрабатываются технологические процессы, материальные ведомости. Проектируется специальная оснастка, которая затем изготавливается в металле. И заключительным этапом является производство турбины, т.е. изготовление и сборка её.



После установления основных этапов работы приступают к составлению сетевого графика. Для определения состава работ сети привлекают ответственных исполнителей.



Как правило, разрабатываемые изделия расчленяются на основные агрегаты и узлы, состоящие из отдельных деталей. На каждый агрегат составляется частный сетевой график.

Затем все частные сетевые графики сшиваются в единый общий график на всё изделие.



Исходя из производственных условий на заводе разработан удобный модифицированный способ кодирования. Заводской код события содержит следующую информацию: буквы обозначают фамилию ответственного исполнителя.

ЛБ (Лобанов)

Цифра рядом - на содержание выполняемой работы. Например, коду ЛБ2 в определителе работ соответствует разработка технологии на обдирку вала ротора. Последние две цифры кода обозначают количество недель, оставшихся до завершения всего комплекса работ по изделию.



По этим цифрам с помощью переводной таблицы, которая составляется на весь период времени изготовления изделия, определяется календарная дата окончания данной работы.

Как видите, срок окончания работы нашего исполнителя - 1 июня. На графике видно, что работа входящая в событие ЛБ2 требует для своего выполнения две недели. Если к двум неделям прибавить время, оставшееся до окончания работ по изделию, 31 неделю, то получим 33 недели. Число, соответствующее в переводной таблице цифре 33 исполнителя Лобанова, есть дата начала работы – 18 мая.



Большое внимание на этом заводе уделяется и оптимизации графика с целью уменьшения срока разработки изделия. Для этого в первую очередь исследуют возможность сокращения продолжительности работ, принадлежащих критическому пути. Так время обработки хвостовой части лопаток ротора оказалось возможным сократить в два с половиной раза за счет введения приспособления, позволяющего обрабатывать вместо 24 лопаток, 60. Что повлияло на сокращение сроков всего комплекса работ.

Каждый чертеж, выходящий из конструкторского бюро, имеет код события и тем самым является источником оперативной информации, необходимой для управления ходом работ. Этот код конструктор переносит в чертеж по окончании проектирования из сетевого графика.



По коду определяется срок изготовления детали.

Получив кодированные чертежи деталей, мастер цеха имеет возможность самостоятельно определить очередность изготовления каждой из них.

Два раза в месяц ответственным исполнителям вручается отчетная карточка. В ней перечислены закодированные работы, которые должны быть начаты и закончены за отчетный период.



По этой информации составляется ведомость, отражающая состояние производства на отчетное число. В ней указываются объекты, по которым имеются отставания. Рекомендации, разработанные на основе анализа этой ведомости, обсуждаются на совещании у директора, где намечаются мероприятия по устранению отставания.



Сетевые графики оказались эффективным инструментом планирования и управления не только в заводской практике, но и во многих других отраслях. Например, в организации и подготовке будущих инженеров.

Московский институт электронной техники один из самых молодых вузов страны. В этом институте используются не только прогрессивные методы обучения – кино, телевидение, но и передовые способы планирования учебного процесса.
Для того чтобы спланировать рациональную последовательность и чередование преподаваемых дисциплин используется сетевой график, который обсуждается на методической комиссии института.

По такому же принципу строится график при планировании экономической подготовки студентов. Эти графики являются элементом применяемой в Московском институте электронной техники автоматизированной системы АСУ ВУЗ.

При обучении студентов по курсу организации производства и управления проводятся лабораторные работы по теме СПУ.

Студенты имитируют возможные производственные ситуации, проводят обсуждения плана разработки и перестройку графика для получения наиболее рационального плана действий.

Расширение сферы применения методов СПУ обусловлено значительными преимуществами сетевых графиков, позволяющих находить оптимальные решения плановых задач любого масштаба и гибко управлять их реализацией.

Строгая координация работ, достигаемая с помощью СПУ, является предпосылкой создания автоматизированных систем управления производством.