系统工程课件_ch4网络计划技术.ppt

南京农业大学工学院 陈青春 制作,系 统 工 程,第四章 网络计划技术,2,主要内容,1 图的基本概念,1 网络图的基本知识,第四章 网络计划技术,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定,4 网络计划技术应用举例,3 网络计划优化,概述,3,1 网络图的基本知识 概述,（2）传统计划工具-横道图,概述,4,1 网络图的基本知识 概述,（3）历史：关键路线法,概述,（2）传统计划工具-横道图,在计划编制工作中，过去广泛采用的工具为横道图，即将需要完成的各项工作按照规定的顺序和时间，画在一张具有时间坐标的表格上，并用粗线表示各项工作的起始时间、结束时间和持续时间。横道图对提高管理水平曾经起过非常重要的作用，即使是现在，某些企业和部门仍在沿用这种方法编制计划。但是，对于大规模的工程计划，其各项工作之间的关系错综复杂，而横道图却难以反映这些复杂关系，更难以作为计划优化和控制的工具，因此需要更好的计划编制方法和计划表达方式。,当前应用举例：2007年，珠峰测量及数据处理（8844.43m,5,1 网络图的基本知识 概述,（4）关键路线法与计划评审技术的比较,概述,（3）发展历史,网络计划技术是在关键线路法及计划评审技术基础上发展起来的工程管理技术。,1956年，美国杜邦公司在制定协调企业不同业务部门的系统规划时，运用网络方法制定出了第一套网络计划。这种计划用网络图表示各项工作内容、工作持续时间及各项工作之间的相互关系，形成网络计划模型。借助网络计划模型，易于找出对计划具有重要影响的工作项目，由这些工作组成的序列称为关键线路。利用关键线路对计划进行优化和控制的方法称为关键线路法（Critical Path Method，CPM）。杜邦公司运用CPM，使路易维尔工厂维修工程所需时间从125小时降为78小时。使用关键线路法，还可以同时兼顾缩短工期及降低成本费用，杜邦公司采用CPM技术后的一年中，节约费用达100万美元，是该公司CPM研发费用的五倍。,（i）美国杜邦公司与关键路线法（Critical Path Method，CPM）,（ii）美国海军特种计划局与计划评审技术 （Program Evaluation and Review Technique，PERT ）,1958年，美国海军特种计划局开始编制北极星导弹计划，承担这项任务的公司、企业、学校和科研单位多达11000多家。如此众多的单位怎样组织与管理，做到密切协同、高质量地按期完成任务，显然是一个非常复杂的问题。美国一家顾问公司为解决这个问题开发了一种 “计划评审技术”（Program Evaluation and Review Technique，PERT）。由于采用了PERT方法，使该项计划提前两年完成。,6,1 网络图的基本知识 概述,（4）关键路线法与计划评审技术的比较,概述,（4）关键路线法与计划评审技术的比较,（i）相同,（ii）不同,7,1 网络图的基本知识 概述,（7）网络计划技术行业标准,概述,（5）网络计划技术在我国的应用,（6）网络计划技术的定义,关键线路法及计划评审技术迅速在美国及其它国家的军事、工业、管理等领域获得广泛应用，并进一步发展、成熟，形成了系统工程的一个重要分支网络计划技术。1965年，著名数学家华罗庚教授在我国首先推广和应用了这一新的的科学管理方法，取其统筹兼顾、合理安排的主导思想，称为统筹法，在我国国民经济各部门、各领域取得了显著成效。,网络计划技术是用网络的形式把一个工程项目中所含的各个具体工作任务严密地组合于一张或一套网络图中，反映出这些工作任务在实施过程中的先后关系，可以分析出关键任务及整个方案在工期、资源和费用上如何优化。,8,1 网络图的基本知识 概述,1 网络图的基本知识,概述,（7）网络计划技术行业标准,（8）应用网络计划技术的注意事项,工程网络计划技术规程（JGJ/T121-99）,需要指出，网络计划技术是使计划安排条理化的科学手段。由实现计划任务的各项技术和组织方案构成的计划安排方案是计划的基础。计划的先进性、实现性和有效性最终取决于计划安排方案本身是否合理，而不是是否采用了网络计划技术。网络计划技术只能对计划安排起条理化的作用，并不能从根本上决定计划的质量和效果。也就是说，在计划安排方案先进合理的前提下，应用网络计划技术，可促进计划目标的实现；否则，则可能造成计划编制和执行过程的混乱而影响计划目标的实现。如果计划安排方案本身就不合理，即使应用网络计划技术，也无助于计划目标的实现。,9,主要内容,1 网络图的基本知识,1 网络图的基本知识,第四章 网络计划技术,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定,4 网络计划技术应用举例,3 网络计划优化,概述,10,1 网络图的基本知识 一、双代号网络图的构成要素,工序和事项在网络图中的表示,1 网络图的基本知识,网络图是网络计划技术的基础，因此首先要掌握网络图的基本概念及绘制网络图的规则。 网络图分为单代号网络图、双代号网络图、单代号时标网络图、双代号时标网络图、单代号搭接网络图五种，由于我国主要使用双代号网络图和双代号时标网络图，所以本章只介绍这两种网络图,一、双代号网络图的构成要素,1.工序（工作、活动、作业）,工序是实现一项工作计划必须完成的，需要有人力、物力的参与，需经过一定时间才能完成的一项具体活动过程。,2.事项（节点）,事项是连接工序的时间点，表示工序的开始和结束。同一个事项（节点）既表示前一个（或若干个）工序的完成，又表示后一个（或若干个）工序的开始。事项用标有数字的圆圈或方块表示。规定开工事项的序号小于完工事项的序号。,11,1 网络图的基本知识 一、双代号网络图的构成要素,4. 路,工序和事项在网络图中的表示：,3.紧前工序/紧后工序,指向某节点的箭线称为该节点的内向箭线，从某节点引出的箭线称为该节点的外向箭线。,某工序开始之前必须先期完成的工序称为该工作的紧前工序，而某工序完成之后必须紧接着开始的工序称该工作的为紧后工序。,图8-2 紧前工序与紧后工序,12,1 网络图的基本知识 一、双代号网络图的构成要素,二、双代号网络图的绘制步骤,4.路（线路）,从网络的起始事项开始，经过序贯连续的工序达到网络图的终点事项，这一系列的工序全体称为一条路。（在网络图中由起点到终点的“路”有多条，其中必有一条是最关键的路，这条关键路线的路长（在此路上所有工序所需工时之和）为整个工程的总工期）,图示： 路,13,1 网络图的基本知识 二、双代号网络图的绘制步骤,三、绘制双代号网络图的规则,1.,二、双代号网络图的绘制步骤,任务分解,2.,3.,4.,（i）一点估计法：在具有类似工作可靠数据资料作为参考的情况下，通过对比分析，给出工作持续时间。,确定工序时间,确定工序关系,绘制网络图,将一项计划工程分解为若干具体的作业。对于小型工程，可直接分解至工作这一层次。对于大型工程，可分解为若干层次，每个层次分别绘制网络图。,分析各工作之间的紧前、紧后关系。,14,1 网络图的基本知识 三、绘制双代号网络图的规则,三、绘制双代号网络图的规则,1.,三、绘制双代号网络图的规则,紧前完工,2.,3.,每项工作开始之前，其所有紧前工作必须已经完工。该规则保证网络图正确表达已经规定的工作之间的逻辑关系。,实际工作中无此要求，但绘制网络图必须遵循该要求，有矛盾时应使得实际要求及网络图要求都能得到满足。,但不能说，最早开工事项/最迟开工工序不能多余一个,图示,15,1 网络图的基本知识 一、双代号网络图的构成要素,四、虚工序处理,4.,工序不重复，网络无回路,5.,事项编号不重复,实际工作需要满足该要求,图示,16,1 网络图的基本知识 四、虚工序处理,虚工序例2,实际工作需求与网络图绘制规则经常矛盾，虚工序是解决这一矛盾的有效手段。,四、虚工序处理,虚工序：,无具体工作内容，无时间消耗，只表示工序之间相互衔接关系的工序。虚工作用虚箭线表示。,虚工序例1,17,1 网络图的基本知识 四、虚工序处理,五、相邻长工序分段处理,虚工序例2,18,1 网络图的基本知识 五、相邻长工序分段处理,六、绘制双代号网络图的其它注意事项,五、相邻长工序分段处理,几项相邻工作都需要较长时间才能完成时，可以将各工作分成几段工作交叉进行。在前一项工作未全部完成时，后面的工作即可开始，这时也需要在网络图中引入虚工作。,例：相邻长工序的分段处理,19,1 网络图的基本知识 五、相邻长工序分段处理,3. 母线法,六、绘制双代号网络图的其它注意事项,网络图上除了基本构成要素外，还包括各种时间参数，为了使网络图排列整齐、条理清晰、便于标注各种信息， 应注意以下几点。,尽量保持箭线为水平走向或画成具有一段水平线段的折线。箭线的水平投影方向应为自左向右，表示工作行进的方向。因此，除了虚工作外，一般箭线不宜画成垂直线。,1.,2.,尽量避免或少画交叉箭线，在无法避免交叉、且交叉较少时，可以直接通过，但建议采用过桥法。当箭线交叉过多时，应当使用指向法,过桥法,指向法,20,1 网络图的基本知识 五、相邻长工序分段处理,2网络时间参数的计算及关键路线的确定,当网络图中的某个节点有多条外向箭线或多条内向箭线时，可利用一条共用的垂直线段，将多条箭线从该节点引出或引入该节点，使得图形简洁，这种方法称为母线法，母线法允许共用一段箭线 。,3.,节点有多条外向箭线,节点有多条内向箭线,21,主要内容,1 网络图的基本知识,第四章 网络计划技术,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定,4 网络计划技术应用举例,3 时间费用分析和资源分析,概述,2网络时间参数的计算及关键路线的确定,22,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 一、网络时间参数计算 1.事项最早时间ESi,计算方法,2网络时间参数的计算及关键路线的确定,网络计划技术的主要任务：确定总工期、压缩工期、调整资源高峰、工序的最早/最迟开工/完工时间，这些工作都需要首先计算各时间参数。关键路线在保证总工期及压缩工期方面非常重要，而关键路线的确定也依赖于时间参数。,一、网络时间参数计算,1.事项最早时间ESi,事项最早时间ESi为以事项i为开始事项的各项工序的最早开始时间。,计算原则,计算顺序,某事项的最早时间应能保证其所有紧前工序都已完工。,从第一个事项（总开工事项）开始，顺序计算。,23,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 一、网络时间参数计算 1.事项最早时间ESi,例4-2,计算方法,（1）,（2）,（3）,图（一道紧前工序）,图（多道紧前工序）,24,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 一、网络时间参数计算 1.事项最早时间ESi,2.事项最迟时间LSi,解,例4-2 计算右图所示网络图的事项最早时间。,注意：列公式，代入数据,（计算总工期）,25,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 一、网络时间参数计算 2.事项最迟时间LSi,（2）一道紧后工序,2.事项最迟时间LSi,事项最迟时间ESi为以事项i为开始事项的各项工序的最迟开始时间。,计算原则,某事项的最迟时间应能保证其所有紧后工作都能按总工期要求如期完工。,计算顺序,从第一个事项（总开工事项）开始，顺序计算。,计算方法,从最后一个事项（总完工事项）开始，逆序计算。,（1）,26,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 一、网络时间参数计算 2.事项最迟时间LSi,例 43,2.事项最迟时间LSi,（2）,（3）,图（一道紧后工序）,图（多道紧后工序）,27,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 一、网络时间参数计算 2.事项最迟时间LSi,最早/最迟时间标注,解,例4-3 计算右图所示网络图的事项最迟时间。,注意：列公式，代入数据,28,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 一、网络时间参数计算 2.事项最迟时间LSi,3. 工序总时差TFij,事项最早/最迟时间的标注,29,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 一、网络时间参数计算 3. 工序总时差TFij,（续）公式推导,3.工序总时差TFij,（1）,结论,示意图,初始公式,30,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 一、网络时间参数计算 3. 工序总时差TFij,例 44,3.工序总时差TFij,（2）,结论,示意图,.工序总时差计算公式,工序总时差计算公式,工序总时差一般列表计算,31,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 一、网络时间参数计算 3. 工序总时差TFij,二、关键路线的确定,解,例4-4 计算右图所示网络图的工序总时差。,32,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 二、关键路线的确定,讨论：判断题,观察下表：,二、关键路线的确定,总时差为0的工序,表明该工序的开工时间无机动余地，必须准时开工，否则必贻误总工期。这种工序称为关键工序。,关键路线：,将全部关键工序按顺序连接起来，从起点到终点形成一条路线，这条路线称为关键路线。,关键路线定义,关键路线的标注：双箭线、粗实线、带颜色的线条,33,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 二、关键路线的确定,三、关键路线的用途,（1）事项最早时间与最迟时间相等的各事项的连线是关键路线?,讨论,不完全正确图示,不完全正确推导1,不完全正确推导2,（2）关键工序与非关键工序与其在工程中的技术水平及施工难度有无关系?,（3）关键路线上各关键工序的时间之和是否等于总工期?为什么？,正确图示,34,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定 二、关键路线的确定,3 网络计划优化,保证总工期 ：必须保证关键路线上的各工序如期完成；,三、关键路线的用途,（1）关键工序压缩多少时间，总工期就压缩多少时间？,（2）按照计划计划总工期的要求压缩关键工序 工时时，应考虑哪些因素？,缩短总工期：必须向关键路线“要工时” ；,（1）,（2）,讨论,缩短总工期属于 “工期优化”内容，见第三节,35,主要内容,1 网络图的基本知识,第四章 网络计划技术,2 网络时间参数的计算及关键路线的确定,4 网络计划技术应用举例,3 网络计划优化,概述,3 网络计划优化,36,3 网络计划优化,一、时间费用分析,3 网络计划优化,资源优化：求得满足资源限制的方案。,（3）,网络计划优化内容,37,3 网络计划优化 一、工期优化,3. 确定待压缩关键工序顺序时应考虑的因素,计算工期不满足要求工期时，通过压缩关键工序的持续时间来满足工期要求。,一、工期优化,1. 定义,2. 步骤,（1）确定初始网络计划的计算工期、关键线路及关键工序。,（2）根据要求工期计算应压缩的时间。,（3）确定各关键工序允许压缩的持续时间。,（4）选择关键工序，压缩其持续时间，并重新确定网络计划的计算工期和关键线路。,（5）重复(2)(4)，直到满足工期要求或工期不能再压缩为止。,（6）当所有关键工序的持续时间都已达到其能缩短的极限而工期仍不能满足要求时，应对计划的原技术方案、组织方案进行调整。经反复修改方案和调整计划仍不能不能达到工期要求时，应对要求工期重新审定。,38,3 网络计划优化 一、工期优化,例 工期优化,3. 确定待压缩关键工序顺序时应考虑的因素,（1）压缩持续时间对质量和安全影响不大的关键工序。,（2）压缩持续时间所增加费用最少的关键工序。,（3）有充足备用资源的关键工序。,关键工序的持续时间压缩后，如关键线路不变，则总工期的压缩时间即为关键工序的压缩时间；如关键线路改变，必须重新计算新工期。,39,3 网络计划优化 一、工期优化,（4）压缩关键工序,例 某网络计划如右图所示，图中箭线下方括号外面的数字为工序的正常持续时间，括号内数字为工序的最短持续时间，该网络计划的要求工期为100天，注意压缩工序46需要增加的劳动力较多。试根据要求工期进行工期优化。,解,（1）计算时间参数，确定关键路线,（2）计算缩短工期。初始网络计划的计算工期为160天，需要压缩60天。,（3）确定各关键工序允许压缩的持续时间（题目已经给定）。,正常工期的时间参数,40,3 网络计划优化 一、工期优化,二、费用优化,第1次优化后的时间参数,（4）第1次优化,根据题目条件，关键工序13、34、46分别允许压缩30、30、25天，由于压缩工序46需要增加的劳动力较多，故仅压缩工序13、34，并压缩至最短持续时间。,（5）第2次优化,优化后的时间参数如右图。注意，关键线路有2条，分别为12356和12346。,由于有两条关键线，必须同时压缩，否则不能缩短总工期。选择关键工序35、46，均压缩20天。,优化后的时间参数如左图。,41,3 网络计划优化 二、费用优化,基本概念（续）,直接用来完成工程任务的费用。,服务于整个工程的费用。,（1） 直接费用,（2）间接费用,二、费用优化,1. 基本概念,如直接生产人员的工资、机械设备投资、原材料费、燃料费等。直接费用直接分摊到每一项工作，欲缩短工作的持续时间，则必须为其增加必要的人力、物力等资源，因此将会引起直接费用的增加。,如管理人员的工资、办公费、采购费、管理费等。间接费用按照工作的持续时间分摊到每一项工作，因此工作的持续时间越短，分摊到该工作的间接费用就越少。,42,3 网络计划优化 二、费用优化,2. 费用优化步骤,初始网络计划所规定的工序持续时间。,工序持续时间压缩到极限程度时的持续时间。,利用工序正常持续时间完成工序所需直接费用 。,利用工序最短持续时间完成工序所需直接费用 。,将工序压缩单位时间所增加的直接费用，即：,由于随着工期的缩短，直接费用增加，而间接费用减少，所以总费用为一条上凹的曲线。从而在正常工期与最短工期之间，必存在总费用最低的工期。在该工期内完成作业，既能缩短工期，又使总费用增加最少，甚至可降低总费用。,43,3 网络计划优化 二、费用优化,确定工序压缩时间的注意事项,按工作正常持续时间计算时间参数、确定关键线路。,计算各项工作的直接费用率 。,在网络计划中找出直接费用率最低的一项关键工作，作为缩短持续时间的对象 。,计算压缩工期后直接费用的增加额Ci（i表示第i次缩短工期）,(1),2. 费用优化步骤,(2),(3),(4),(5),(6),(7),计算压缩工期后间接费用的增减额 。,计算工程总费用的增加额 。,重复步骤（3）（6），一直计算到总费用的增加额最少为止 。,44,3 网络计划优化 二、费用优化,例 45,压缩后的工作持续时间不能小于最短持续时间 。,不能引起关键路线的改变 。,(1),确定工序压缩时间的注意事项,(2),45,3 网络计划优化 二、费用优化,例 45（解）,例 4-5 某网络计划如右图所示，各工作的正常持续时间、最短持续时间、正常时间费用以及最短时间费用如下表所示，已知整个工程的间接费用率为120元/天。试求费用最低的工期。为求解方便，网络图中在箭线下方标出了正常持续时间和最短持续时间。,46,3 网络计划优化 二、费用优化,例 45（解）,按工作正常持续时间计算时间参数、确定关键线路（如右图）。,(1),解,47,3 网络计划优化 二、费用优化,例 45（解）,第1次优化：时间参数及关键路线,直接费用率最低的工序：4-6 最大压缩时间：14天 为了不改变关键路线，须考虑： 工序5-6的总时差：96-18-6612 工序4-6可压缩时间：12天,48,3 网络计划优化 二、费用优化,例 45（解）,第2次优化：时间参数及关键路线,两条关键路线须压缩相同时间 又要考虑直接费用率最低 工序4-6：压缩2天 工序5-6：压缩2天（虽然可压缩8天） 为提高计算效率，同时压缩两条关键路线的共有工序1-3和3-4，选择费用率较低的1-3 工序1-3：可压缩10天，为不改变关键路线，考虑 工序2-3的总时差：30-18-66（天） 工序13可压缩时间：8天,关键路线,（1）1-3-4-6（原）；（2）1-3-4-5-6（原） （3）1-2-3-4-6（新）；（4）1-2-3-4-5-6（新）,49,3 网络计划优化 二、费用优化,例 45（解）,第3次优化：时间参数及关键路线,工序3-4：可压缩14天 为不改变关键路线，考虑 工序3-5的总时差：60-30-246（天） 工序3-4压缩：6天,关键路线,（1）1-3-4-6（原）；（2）1-3-4-5-6（原） （3）1-2-3-4-6（原）；（4）1-2-3-4-5-6（原） （5）1-3-5-6（新）；（6）1-2-3-5-6 （新）,50,例 45（解）,第4次优化：时间参数及关键路线,压缩新增关键工序3-5 但必须同时压缩3-4 两工序均压缩8天,关键路线,（1）1-3-4-6（原）；（2）1-3-4-5-6（原） （3）1-2-3-4-6（原）；（4）1-2-3-4-5-6（原） （5）1-3-5-6（原）；（6）1-2-3-5-6 （原）,3 网络计划优化 二、费用优化,51,例 45（解）,第4次优化：时间参数及关键路线,可选压缩工序1-2、1-