Программные методы и средства планирования и управления проектами

С • I а 1

УДК 519.24 Н.П. Воробович, О.Ю. Семенов

ПРОГРАММНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПЛАНИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТАМИ

В работе проанализированы классические сетевые методы планирования. Выделены и охарактеризованы основные этапы единого метода сетевого планирования и управления. Выполнен обзор и классификация различных программных средств, реализующих сетевые методы планирования. Отмечена особая роль в управлении проектами задач календарного планирования. Осуществлен обзор и классификация методов решения задач календарного планирования.

Ключевые слова: управление проектами, программные средства, сетевые модели, сетевые методы, программные продукты, календарное планирование, оперативное управление, алгоритмы.

N.P. Vorobovich, O.Yu. Semyenov SOFTWARE APPROACHES AND MEANS OF THE PROJECTS PLANNING AND MANAGEMENT

Classical network approaches to planning are analyzed in the article. The basic stages of the common approach of network planning and management are emphasized and characterized. The review and classification of the various software realizing network approaches to planning is made. The special role of scheduling in management of the problems projects is noted. The review and classification of the approaches of the scheduling problems solution is made.

Key words: management of projects, software, network models, network approaches, software products, scheduling, operational administration, algorithms.

Разработка современных систем сегодня - это многоэтапный процесс со специфическими техническими и организационными мероприятиями. Усложняется технология производства, увеличиваются объемы и разнообразятся информационные потоки, циркулирующие в обществе, ужесточаются требования к безопасности функционирования систем, их качеству и т.д. Своеобразным ответом на это является утверждение концепции проекта в области разработки систем различного назначения.

В практической деятельности и литературе под проектом понимается совокупность действий (мероприятий), направленных на достижение цели создания сложной системы с заданными характеристиками качества в ограниченные сроки и на ограниченном множестве ресурсов.

Процессом достижения некоторой конкретной цели необходимо управлять, потому что результат и соответственно успех не могут прийти самопроизвольно. Управление проектом - это особый вид деятельности, включающий планирование, контроль за выполнением работ и коррекцию плана путем применения современных методов управления. Очевидно, что базой эффективного управления проектом является план, в котором:

действия (мероприятия, работы) упорядочены по результатам и срокам их достижения;

достигнут компромисс между характеристиками системы и ресурсами.

Из-за большого объема планируемых действий, сложности методов распределения и оптимизации плана проводить качественное планирование, осуществлять эффективный контроль и оперативную коррекцию плана без использования специальных программных средств невозможно. В основе используемых программных средств лежит технология сетевого планирования и управления, основные положения которой были разработаны в 70-х годах.

Технологию сетевого планирования и управления (СПУ) составляют следующие методы: метод диаграмм Гантта и сетевые методы планирования.

Диаграмма Гантта представляет собой линейный график, задающий сроки начала и окончания взаимосвязанных действий, образующих единый технологический процесс, который необходимо выполнить для достижения цели проекта. Основные недостатки метода диаграмм Гантта:

сложность формализации процедур (диаграмм) их анализа;

отсутствие возможности установления зависимостей между различными действиями.

К достоинствам следует отнести простоту и наглядность. Современные системы планирования используют модифицированные диаграммы Гантта, в которых перечисленные выше недостатки в большей степени устранены.

К классическим методам в группе сетевых методов планирования относятся:

метод критического пути (Critical Path Method - CPM);

метод анализа и оценки программ (Prodram Evalution and Review Techique-PERT).

Применение метода CPM позволяет представить комплекс взаимосвязанных действий в виде графической нотации сетевой модели - сетевого графика. Сетевой график представляет собой ориентированный граф без контуров, имеющий одну исходную и одну завершающую вершины, в котором вершины поставлены в соответствии некоторым событиям, а дуги - работам. Основным параметром сетевого графика является длительность критического пути - самого продолжительного из путей от исходного события к завершающему. Важность критического пути определяется тем, что в случае задержки выполнения действий, составляющих критический путь, задерживается срок выполнения всего проекта. Следовательно, чтобы это не произошло, выполнению данных действий следует уделить более пристальное внимание.

Метод PERT был разработан по заказу военно-морского ведомства США. Если в методе CPM длительности планируемых действий характеризуются детерминированными величинами, т.е. время выполнения действия известно, то в методе PERT - случайными, характеризующимися тремя видами оценок: оптимистическая, пессимистическая, наиболее вероятная продолжительность. Временные параметры сетевого графика определяются по аналогии с методом CPM с той лишь разницей, что за время выполнения работ принимается среднее значение.

Описанные выше методы CPM и PERT являются классическими и первоначально использовались независимо друг от друга. В настоящее время они составляют единый метод сетевого планирования и управления, включающий следующие три этапа: структурное планирование, календарное планирование, оперативное управление планом.

Этап структурного планирования начинается с составления перечня (упорядоченного) работ, выполнение которых приведет к достижению цели проекта. Затем определяются длительности работ и строится сетевой график, являющийся основой календарного планирования.

Цель этапа календарного планирования состоит в формировании календарного графика. Календарный график представляет собой сетевой график, привязанный к оси времени.

Этап оперативного управления является реализацией календарного графика. Он подразумевает контроль хода выполнения работ плана, по результатам которого принимается решение о внесении корректив в сетевую модель. При этом разрабатывается календарный график на оставшуюся часть проекта.

В настоящее время на рынке программных продуктов имеются различные программные средства, реализующие сетевые методы планирования от мощных профессиональных систем до систем, позволяющих эффективно распорядиться рабочим временем, финансовыми средствами и т.п. Данные программные средства можно разделить по следующим категориям:

профессиональные системы планирования;

системы планирования среднего класса;

системы быстрого планирования;

органайзеры (планировщики).

Особенностью профессиональных систем является большое количество планируемых задач (до нескольких десятков тысяч), способность поддерживать несколько уровней детализации описания проектов, использование сложных методов оптимизации расписания задач проекта и распределения нескольких различных видов ресурсов. Как правило, эти системы требуют значительных ресурсов ЭВМ и реализованы в режиме, близком к пакетному, на машинах IBM,VAX, SUN, CDC. Примерами мощных систем могут служить Artemis Project фирмы Metier, Primavera Project Planner фирмы Primavera Systems, Open Plan фирмы Welcom Software, Project Manager Workbench фирмы Applied Business Technology Corporation.

Рассмотрим продукт фирмы Applied Business Technology Corporation. Project Manager Workbench -программный продукт, добившийся международного успеха в области управления проектом, с ограничениями на ресурсы вследствие применения гибких средств настройки, простоты и удобства в работе, универ-

сальности и реальности решений. План в PMW может представляться в виде диаграмм Гантта, PERT и других. С помощью PMW можно управлять одновременно различными проектами, строить иерархическую структуру плана и с ее помощью контролировать общее использование ресурсов и составлять расписание разных работ. Project Manager Workbench имеет все необходимое для оптимального распределения ресурсов, что гарантирует успешное завершение проекта при минимальных затратах на его реализацию. В качестве ресурсов может использоваться человек, группа людей, затраты, устройства. PMW позволяет сформировать несколько видов отчетов, описывающих расписания, расходы, контроль качества.

Системы среднего класса предназначены для управления средними проектами, позволяющими планировать и управлять выполнением около10000 задач. Наиболее распространенными программными продуктами данного класса являются Time-Line фирмы Symantec и Microsoft Project фирмы Microsoft. Эти системы ориентированы на использование непосредственно руководителями проекта.

Рассмотрим более подробно систему фирмы Microsoft. Microsoft Project позволяет представить информацию о работах проектов в формах PERT, GANTT, календаря, позволяющих отобразить работы плана на одном-двух уровнях иерархии. Для каждой работы на данной диаграмме указываются длительность, сроки начала и конца, множество непосредственно предшествующих работ, исполнители, а также другие характеристики. Пользователю дополнительно предоставляются широкие возможности самому выбирать форму и совмещать их на экране монитора.

В качестве основного вида ресурсов в Microsoft Project используются исполнители работ (трудовые ресурсы), на основе которых имеется возможность оценить использование финансовых ресурсов. Для этих целей предусмотрены 3 типа диаграмм.

Microsoft Project имеет широкий набор готовых для использования отчетов (25 видов), разбитых на шесть групп, а также позволяет пользователю самостоятельно создать тот или иной отчетный документ по выполняемым работам, ресурсам и т.д.

Основными отличительными чертами для систем данного класса является приемлемый интерфейс и простота оптимизационных алгоритмов, а также достаточный уровень совмещения в них функций экономического учета и анализ затрат на проекты.

Системы быстрого планирования проектов предназначены для менеджеров небольших организаций в бизнесе или разработке (уровень начальника группы или отдела). Часто они являются упрощенными версиями рассмотренных выше систем, например, On Taget фирмы Symantec, реализующими планирование только с использованием диаграмм Гантта.

Все большее внимание пользователей привлекают программные средства, позволяющие организовать повседневную деятельность: эффективно распорядиться рабочим временем, спланировать использование финансовых средств. Они обладают возможностью автоматизировать регулярные действия: составление персональных и групповых расписаний, ведение записной книжки. В их состав могут входить календарь, часы, калькулятор и т.п. Наибольшее распространение среди программных средств такого типа получил программный продукт Organizer фирмы Lotus.

Отдельно стоит отметить, что современные программные продукты, предназначенные для разработки программного обеспечения, имеют в своем составе средства планирования работ. При этом разработчики делали попытки реализовать принципы искусственного интеллекта: работу с нечеткими моделями данных, правилами принятия решений. Обычно такие системы предполагается разрабатывать с использованием специальных языков высокого уровня, позволяющих разрабатывать и, главное, сопровождать системы, начиная с функционального и информационного уровней (например, CASE-ORACLE).

Среди отечественных программных продуктов, реализующих методы сетевого планирования и управления, можно выделить систему ПЛАПС. Пакет прикладных программ "ПЛАПС” предназначен для прогнозирования технико-экономических показателей проекта, автоматизированного формирования плана разработки, формирования отчетных документов. Базой построения данной системы являются современные методы прогнозирования технико-экономических показателей и сетевого планирования (диаграммы Гантта). Технология формирования плана разработки и прогнозирования технико-экономических показателей включает три этапа:

первичную оценку трудоемкости, количества специалистов, длительности разработки при учете минимального числа факторов (на начальных стадиях жизненного цикла проекта - стратегическом планировании и анализе требований);

представление типового первичного плана проведения разработки (на стадии предварительного проектирования);

корректировку первичного плана и формирование рабочего плана проведения работ на стадиях детального проектирования и т.д.

Особо важную роль в управлении проектами играют задачи календарного планирования.

Задачи календарного планирования, как правило, многокритериальны, многоэкстремальны, имеют множество несвязанных решений и поэтому относятся к комбинаторным задачам со сложной алгебраической структурой и дискретными процессами оптимизации, далекими от тех непрерывных процессов и функций, которые в основном и изучались математикой в прошлом.

Анализ практических задач календарного планирования в управлении проектами показал, что в большинстве случаев для практических целей можно ограничиться решениями, находящимися в приемлемой близи экстремума целевой функции. Это обстоятельство наряду с отмеченными выше привело к возникновению и развитию многочисленных приближенных, преимущественно эвристических и полуинтуитивных подходов и методов для получения удовлетворительных календарных планов.

Существующие методы позволяют для традиционных сетевых моделей построить «рациональный» календарный план. Однако из-за неадекватности модели он может оказаться технологически или организационно недопустимым. При использовании обобщенных сетевых моделей (ОСМ) адекватность модели реальному процессу существенно повышается (имеется в виду организационно-технологический аспект). Но при этом возрастает объем операций по подготовке исходной информации, усложняется построение алгоритма, увеличивается число вычислений (в основном из-за наличия контуров в ОСМ). Несмотря на эти трудности, применение ОСМ во многих случаях является предпочтительным, а иногда и единственно возможным.

При управлении деятельностью строительной организации необходимо учитывать трудовые, материально-технические и другие виды ресурсов, которыми располагает организация. Такие задачи преобладают в практике управления строительством и именно они наиболее трудны для решения. Алгоритмы временного анализа ОСМ являются необходимой составной частью алгоритмов решения общих задач календарного планирования.

Проведем сравнительный анализ применительно к ОСМ двух эвристических методов «Сглаживание» и «Калибровка».

Основой метода «Сглаживание» является процедура поиска локального экстремума, которая состоит в последовательном улучшении некоторого заданного (опорного) плана. Такое улучшение достигается путем многократного просмотра работ заданной модели G. При просмотре очередной /-й работы рассматриваем все возможные положения этой работы во времени.

Под возможными положениями /-й работы понимаются такие значения сроков начала работы Т, которые не приводят к изменению положения других работ, т.е. такие, что

Т ™ =тах{ Т +ф, }< Т} < тт{ Тк - ф ]к }= Тпра),

где максимум берется по всем работам, предшествующим /-й работе, а минимум - по всем работам, последующим /-й работе.

Для /-й работы и для всех возможных положений Тлее < Тi < Тпра" вычисляем значение целевой функции F( Т ,Т2 ,...,Т ,....,Тп). Затем выбираем «наилучшее» положение /-й работы, т.е. такое положение Т , что

Г(Т1,Т2,....,Т1 ,....,Тп)=тт F(Т1,Т2,....,Т1 ,....,Тп).

Это положение /-й работы фиксируем; соответствующее значение критерия запоминаем и переходим к следующей работе.

Как только список работ просмотрен, проверяем, улучшился ли план по сравнению с предыдущим просмотром.

В конце концов приходим к такому календарному плану, что сдвиг любой работы не приводит к уменьшению значения целевой функции. На этом плане целевая функция достигает «локального» экстремума.

Поскольку целевая функция Г, как правило, многоэкстремальна, т.е. имеет много локальных экстремумов, указанный метод не дает оптимального решения задачи в глобальном смысле. Более того, возможны случаи, когда полученное значение локального экстремума значительно отличается от глобального оптимума. Достоинством указанного метода является его быстродействие, как правило, «локальный» экстремум находится за несколько просмотров списка работ.

Именно быстродействие в сочетании с процедурой случайного поиска позволяет повысить эффективность метода. Это сочетание состоит в том, что опорный план, с которого начинается процедура поиска локального экстремума, формируется как случайный план, а затем производится поиск самого локального экстремума. Генерация опорных планов продолжается до тех пор, пока число генерированных подряд опорных планов, не давших улучшения значения функционала Г, не превысит заданного числа.

Использование случайного поиска значительно повышает шансы получения если не оптимального, то, по крайней мере, вполне удовлетворительного плана.

Алгоритм «Калибровка» обычно минимизирует сроки или продолжительность выполнения комплекса работ. Сущность метода заключается в том, что требуется найти технологически и ресурснодопустимый план с минимальным сроком окончания строительства (т.е. минимальным сроком окончания последней по времени работы модели).

Метод решения этой задачи состоит в поочередном просмотре всех моментов времени планируемого периода. При просмотре очередного момента времени I выявляют все работы, которые по технологии можно начать в момент I (в том смысле, что все предшествующие работы к этому моменту выполнены). Эти работы располагают в очередь согласно некоторым приоритетам. Понятие приоритетов является центральным в рассматриваемом методе: именно в них заключены правила формирования календарного плана. В простейшем случае в качестве приоритета выступают поздние сроки начал работ.

Затем работы по очереди обеспечиваются ресурсами до тех пор, пока наличные / ресурсы не будут исчерпаны. Выполнение не поставленных на обслуживание работ отодвигается, по крайней мере, на единицу времени. Затем рассматривается следующий момент времени и так до тех пор, пока все работы не будут поставлены на обслуживание.

Метод «Калибровка» не дает оптимального решения. Однако он отличается простотой и быстродействием (при реализации порядок операций - 0(п), где п - число работ) и, как правило, дает удовлетворительные календарные планы не только с точки зрения срока окончания строительства, но при подходящем выборе системы приоритетов и в других аспектах.

Указанный метод при любой системе приоритетов позволяет получить технологически и ресурснодопустимый план, если выполнено следующее условие на наличие ресурсов: в каждый момент времени ? ресурсов достаточно для выполнения любой работы.

Главный недостаток, «вытекающий» из метода «Калибровка», то, что метод предполагает движение в одном направлении, и нет возможности сгладить полученную эпюру загрузки ресурсов сдвигом одного или нескольких объектов влево, поэтому загрузка ресурсов часто носит "пилообразный” характер. Зачастую приходит "разрыв” объекта или отдельных работ, т.е. может получится такой план строительства одного объекта, когда работы на нем планируется осуществить в январе-феврале, затем три месяца объект не строится вообще и только в июне работы на данном объекте возобновляются.

У каждого из методов есть свои достоинства и недостатки. В современных комплексах программ календарного планирования нередко используют оба рассмотренных алгоритма, что позволяет решать различные возникающие в практике задачи распределения ресурсов.

В заключение можно отметить, что интерес к методам планирования и управления проектами год от года все возрастает. Это обусловлено, во-первых, тем, что методология управления проектами позволяет реализовать подход к проекту как к системе, предусматривающей не только выработку решений по развитию потенциала системы, но и обеспечению их осуществления. Во-вторых, позволяет при разработке сложных систем различного назначения эффективно распоряжаться выделенными на реализацию проекта ресурсами, учитывая при этом такие факторы, как затраты, стоимость, прибыль, риск.

Литература

1. Боэм, Б. Инженерное проектирование программного обеспечения / Б. Боэм. - М.: Радио и связь, 1985.

2. Воробович, Н.П. Математические модели, методы и алгоритмы решения задач календарного планирования в управлении строительными проектами / Н.П. Воробович. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2007.

3. Воропаев, В.И. Модели и методы календарного планирования в автоматизированных системах управления строительством / В.И. Воропаев. - М.: Стройиздат, 1975.

4. Липаев, В.В. Управление разработкой программных средств / В.В. Липаев. - М.: Финансы и статистика, 1993.

5. Математические основы управления проектами: учеб. пособие / С.А. Барков, В.И. Воропаев, Г.И. Секле-това [и др.]. - М.: Высш. шк., 2005.

6. Коутиньо, Д. Управление разработками перспективных систем / Д. Коутиньо. - М., 1982.

7. Кофман, А. Сетевые методы планирования и их применение / А. Кофман, Г. Дебезей. - М.: Прогресс, 1968.

'--------♦------------

УДК 621.22:519.711.3 А.Н. Юшков, Л.Э. Еремеева

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Статья рассматривает возможности оптимизации проведения процессов технического обслуживания с помощью инструментов математического моделирования, применение которых позволяет рационально использовать масла (рабочие жидкости гидросистем) с помощью расчетов оптимальной периодичности, их замены при минимизации затрат на техническое обслуживание и ремонт, что особенно актуально в настоящий экономический период.

Ключевые слова: лесные машины, техническая эксплуатация, гидропривод, оптимальная периодичность.

A.N. Yushkov, L.E. Yeremeyeva

MATHEMATICAL MODELING OF THE PROCESSES OF TECHNICAL MAINTENANCE OF THE LUMBERING MACHINES HYDRAULIC SYSTEMS

The article deals with the possibility of optimization of processes in technical maintenance conducting by means of mathematical modeling tools application the application of which allows to use oil rationally(working hydrosystem liquids) by means of the optimal periodicity calculation, their substitution at expenditure minimization for technical maintenance and repair, that is especially actual in present economical period.

Key words: lumbering machines, technical maintenance, hydraulic gear, optimum periodicity.

Одной из основных задач математического моделирования при организации технической эксплуатации машин является оптимизация процессов и методов технического обслуживания и ремонта (ТО и ТР).

Не искажая принципиального подхода, разработаны различные методы расчета оптимальной периодичности ТО:

- метод определения периодичности ТО по допустимому уровню безотказности;

- метод определения периодичности ТО по допустимому значению и закономерности изменения параметра технического состояния;

- технико-экономический метод, который сводится к определению суммарных удельных затрат на ТО и ремонт и их минимизации;

- экономико-вероятностный метод, который учитывает экономические и вероятностные факторы.

Обобщение существующих методов определения оптимальной периодичности ТО показывает, что

многие авторы под оптимальной периодичностью в принципе понимают такой срок службы, при котором затраты на ТО и ТР, отнесенные к единице работы, минимальны.

Один из таких методов, рассмотренный в работах Е.С. Кузнецова и А.М. Шейнина [1-2], был взят как базовый для расчета оптимальной периодичности замены рабочей жидкости в гидравлических системах лесных машин.

Проведение технического обслуживания гидравлической системы включает в себя работы по замене рабочей жидкости и регулировочные работы. Это требует затрат на приобретение рабочей жидкости и расходных материалов, на оплату ремонтным рабочим, на простои. Исходя из этого, необходимо определить оптимальную периодичность проведения технического обслуживания, при которой затраты на техническую эксплуатацию были бы минимальными, а ресурс гидравлической системы - максимальным. Определение минимума целевой функции и оптимального значения периодичности ТО представлено графически на рисунке.