Lokalizacja buforów czasu w metodzie łańcucha krytycznego w harmonogramach robót budowlanych (cz. II) praktyczne zastosowanie

Transkrypt

1 Lokalizacja buforów czasu w metodzie łańcucha krytycznego w harmonogramach robót budowlanych (cz. II) praktyczne zastosowanie Dr hab. inż. Mieczysław Połoński, mgr inż. Kamil Pruszyński, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Warszawa 1. Wprowadzenie W części pierwszej niniejszego artykułu przedstawiono podstawy teoretyczne koncepcji przystosowania metody łańcucha krytycznego do przedsięwzięć budowlanych []. Obecnie przedstawiony zostanie przykład obliczeniowy stosowania metody łańcucha krytycznego wg Goldratta oraz po autorskiej modyfikacji. Obliczenia dokonano w programie MS Project. Posłużono się w tym celu harmonogramem robót ziemnych stacji metra A19 Marymont, który liczy 169 zadań. Z uwagi jednak na obszerność materiału badawczego, dokonano jego agregacji i skrócenia tylko do pewnego fragmentu sieci, który jednak został tak dobrany, aby reprezentował wszystkie konfiguracje połączeń jakie zostały dostrzeżone w całym przedsięwzięciu. Ograniczono się w ten sposób do czynności (rys. 1). W tabeli 1 zamieszczono zestawienie zadań z powyższej sieci wraz z podstawowymi danymi potrzebnymi do dalszej analizy. Na czerwono zostały zaznaczone zadania leżące na ścieżce krytycznej. Przytoczone dane umożliwiają powtórzenie przeprowadzonych w artykule obliczeń w dowolnym programie do analizy harmonogramów sieciowych. Należy zwrócić uwagę, że w harmonogramie występują niestandardowe połączenia typu zakończ-zakończ (ZZ), rozpocznij-rozpocznij (RR) oraz przyspieszenia lub opóźnienia pomiędzy zadaniami. W artykule skupiono się jednak na problematyce lokalizacji buforów, nie zaś nad typami relacji pomiędzy poszczególnymi zadaniami, ich ewentualnymi opóźnieniami bądź przyspieszeniami oraz ich wpływem na dalszy tok obliczeń. Skomplikowany układ niestandardowych połączeń typu ZZ i RR, występujący w analizowanej sieci, został zamieniony na standardowe relacje typu ZR (zakończ-rozpocznij). Zostało to jednak tak przekształcone, aby dokładnie odwzorować wszystkie powiązania z pierwotnego harmonogramu. Połączenia typu rozpocznij-zakończ (RZ) nie występowały w rozpatrywanym przykładzie harmonogramu. PRzeglĄd budowlany /28 Wprowadzone uproszczenia struktury sieci pozwoliły na prostszą interpretację ścieżki krytycznej i lepszą kontrolę całego przedsięwzięcia. Terminy realizacji robót ziemnych stacji metra A19 Marymont oraz zagregowanego fragmentu sieci zestawiono w tabeli 2. Praca przebiegała w systemie jednozmianowym, 6 dni w tygodniu, bez świąt (w czasie realizacji przedsięa) sieć zaleźności b) harmonogram Gantta Rys. 1. Wybrany fragment sieci ( zadania) z harmonogramu robót ziemnych stacji metra A19 Marymont z zaznaczonym na czerwono przebiegiem ciągu głównego 55

2 Tabela 1. Zestawienie czynności z wybranego fragmentu sieci ( zadania) z harmonogramu robót ziemnych stacji metra A19 Marymont z zaznaczonymi na czerwono zadaniami ciągu głównego Id Nazwa zadania Czas trwania (dni) 2 MOBILIZACJA I PRZYGOTOWANIE SPRZĘTU 17 PRZYGOTOWANIE FRONTU ROBÓT 8 6 WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE i WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE i WYKONANIE PALI ŚCIANKI BERLIŃSKIEJ 6 1 WYKONANIE WYKOPU WSTĘPNEGO SEKCJE 5A i 5B 6 11 SKUCIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH ORAZ USZCZELNIENIE POLĄCZENIA ZE STROPEM ZEWNĘTRZNYM SEKCJE i SZALOWANIE SEKCJI 5A 6 14 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 5A 6 15 SZALOWANIE SEKCJI 5B 6 16 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 5B 6 17 SZALOWANIE PRZEWYŻSZENIA SEKCJI 5A 6 18 ZBROJENIE I BETOWNOWANIE PRZEWYŻSZENIA SEKCJI 5A 6 2 WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE 27 i WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE 8 1 i WYKONANIE PALI ŚCIANKI BERLIŃSKIEJ 8 TYMCZASOWE PRZEŁOŻENIE KABLI ENERGETYCZNYCH I TRAKCYJNYCH WIĄZKA 2 26 WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE 1 7 i WYKONANIE PALI ŚCIANKI BERLIŃSKIEJ 1 28 WYKONANIE WYKOPU WSTĘPNEGO SEKCJE 1, 2A, 2B ZE STROPEM ZEWNĘTRZNYM SEKCJE 1 8 i SZALOWANIE SEKCJI ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 1 6 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 2B Rozpoczęcie Zakończenie Następniki ZC (dni) RR; ZZ+4 dni; 2 1ZZ+4 dni 11ZZ+ dni 1RR+4 dni 14RR + dni; 15 16ZR+2 dni ;2ZZ + dni 26ZZ+ dni 27ZZ+4 dni 28RR+4 dni 29RR+ dni 1RR+4 dni 2RR+4 dni Tabela 2. Zestawienie czasu trwania przedsięwzięcia: roboty ziemne stacji metra A19 Marymont Nazwa harmonogramu Termin rozpoczęcia Termin zakończenia Ilość dni Uwagi Roboty ziemne stacji metra A19 Marymont zadań Wybrany fragment harmonogramu realizacji stacji metra A19 Marymont zadania 56 PRzeglĄd budowlany /28

3 wzięcia przyjęto następujące dni świąteczne: 26.5., 15.8., 1.11., , ), w godzinach od 9 do 18 z przerwą (1 14), zgodnie z faktycznym stanem jaki miał miejsce podczas budowy. W artykule skupiono się na koncepcji lokalizacji buforów, nie zaś nad ich wielkościami. Dlatego też przyjęto do niniejszej analizy 5% wartość skróceń wszystkich zadań i ich opóźnień bądź przyspieszeń zdefiniowanych w relacjach między czynnościami. Analiza wielkości buforów będzie tematem osobnego opracowania. W dalszej części artykułu przedstawiono kolejne kroki obliczeń, w których zastosowano metodę łańcucha krytycznego wg Goldratta, a następnie jej modyfikację dotyczącą lokalizacji buforów czasu w oparciu o przedstawiony w pierwszej części artykułu schemat blokowy postępowania []. 2. Praktyczne zastosowanie bu forów czasu wg Goldratta W pierwszym kroku dokonano skrócenia o 5% wszystkich czasów trwania zarówno czynności, jak i istniejących opóźnień lub przyspieszeń zachodzących pomiędzy nimi. Zestawienie tak zmodyfikowanych czynności i ich powiązań ilustruje tabela. Tabela. Zestawienie skróconych czasów trwania o 5% dla wybranego fragmentu harmonogramu Id Nazwa zadania PRzeglĄd budowlany /28 Czas trwania (dni) 2 MOBILIZACJA I PRZYGOTOWANIE SPRZĘTU 9 PRZYGOTOWANIE FRONTU ROBÓT 4 6 WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE i WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE i WYKONANIE PALI ŚCIANKI BERLIŃSKIEJ 1 WYKONANIE WYKOPU WSTĘPNEGO SEKCJE 5A i 5B 11 ZE STROPEM ZEWNĘTRZNYM SEKCJE i SZALOWANIE SEKCJI 5A 14 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 5A 15 SZALOWANIE SEKCJI 5B 16 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 5B 17 SZALOWANIE PRZEWYŻSZENIA SEKCJI 5A 18 ZBROJENIE I BETOWNOWANIE PRZEWYŻSZENIA SEKCJI 5A 2 WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE 27 i WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE 8 1 i WYKONANIE PALI ŚCIANKI BERLIŃSKIEJ 4 TYMCZASOWE PRZEŁOŻENIE KABLI ENERGETYCZNYCH I TRAKCYJNYCH WIĄZKA 2 26 WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE 1 7 i WYKONANIE PALI ŚCIANKI BERLIŃSKIEJ 5 28 WYKONANIE WYKOPU WSTĘPNEGO SEKCJE 1, 2A, 2B 6 29 ZE STROPEM ZEWNĘTRZNYM SEKCJE 1 8 i SZALOWANIE SEKCJI 1 2 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 1 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 2B 7 Rozpoczęcie Zakończenie Następniki ZC (dni) ZR 9 dni; ZR 1 ; 2 1ZR ZR 2 dni 22 1ZR 1 14ZR 2 dni; 15 16ZR ;2ZR dni 26ZR 4 dni 27ZR dni 28ZR dni 29ZR 5 dni 1ZR 5 dni 2ZR 1 57

4 58 Rys. 2. Fragment sieci ze wstawionymi buforami czasu zgodnie z metodą łańcucha krytycznego wg Goldratta Problem użycia buforów w sieci wymaga określenia lokalizacji poszczególnych buforów (i ich ilości) oraz czasów ich trwania. W tym celu wstawiono do harmonogramu bufory czasu zgodnie z założeniami metody łańcucha krytycznego, tzn. bufor projektu i bufory zasilające [1, 2]. Przedstawiono to na rysunku 2. najłatwiej jest zadeklarować sieć jednoczynnościową obliczaną na podstawie kalendarza analizowanego przedsięwzięcia i na podstawie czasu trwania tej czynności oraz daty zakończenia odczytać poszukiwane wartości numeryczne. W następnej kolejności obliczono długość czasu trwania ścieżki krytycznej i wyznaczono różnicę pomiędzy końcem a początkiem tego ciągu. Następnie ustalono skrócone czasy czynności, termin zakończenia przedsięwzięcia oraz czas, o jaki można zredukować długość ścieżki krytycznej. W tym celu obliczono różnicę pomiędzy długością trwania pierwotnego a zredukowanego ciągu krytycznego. Na zakończenie dokonano procentowego skrócenia wyliczonego w ten sposób czasu trwania ścieżki krytycznej o 5%. W analogiczny sposób postąpiono przy wyznaczaniu wielkości pozostałych buforów czasu dla opisywanego harmonogramu. Na ciągach niekrytycznych podstawą obliczeń były terminy najpóźniejsze wykonania rozpatrywanych czynności. Posłużono się przy Tabela 4. Zestawienie obliczeń buforów projektu zgodnie z metodą łańcucha krytycznego wg Goldratta Nazwa bufora BP ciąg Id: BZ 1 ciąg Id: BZ 2 ciąg Id: Id ciągu czynności i j Czerwona pogrubiona ramka przedstawia bufor projektu (BP), natomiast pogrubione niebieskie ramki obrazują umiejscowienie buforów zasilających (BZ). Bufory zasilające zostały zlokalizowane na końcach ciągów niekrytycznych łączących się ze ścieżką krytyczną. Początkowo jako wielkość wszystkich buforów czasu przyjęto dni. Posłużyło to sprawdzeniu prawidłowości dokonanej modyfikacji budowy sieci i połączeń między zadaniami. Dopiero po upewnieniu się, że po takiej operacji harmonogram nie uległ żadnym zmianom, wstawiono odpowiednie wielkości buforów. W celu obliczenia czasu trwania bufora projektu wyznaczono przebieg ścieżki krytycznej w rozpatrywanej sieci. Początkowa i końcowa data trwania tego ciągu została zamieniona na kolejne dni przebiegu przedsięwzięcia. Uzyskano w ten sposób wartości numeryczne rozpoczęcia i zakończenia ciągu krytycznego. Do zamiany dat na wartości numeryczne trwania przedsięwzięcia (z uwzględnieniem obowiązującego kalendarza) można użyć programu MC EXCEL lub MS PROJECT. W tym drugim przypadku przed skróceniem Termin trwania ciągu czynności tym wzorem dla sieci jednopunktowych, który został opisany w pierwszej części artykułu: WB i j po skróceniu START STOP START STOP Obliczony czas trwania bufora Tpp i Tpk j Tsp i Tsk j WB i-j = P [( Tpk j Tppi ) ( Tsk j Tsp i )] Po wstawieniu danych otrzymano wielkości poszczególnych buforów: Rys.. Fragment sieci po zastosowaniu metody łańcucha krytycznego wg Goldratta PRzeglĄd budowlany /28

5 BP: WB = 5% [( 8 1) ( 4 1) ] 2 2 = BZ 1: WB = 5% [( 64 6) ( 2) ] = 7, BZ 2: WB = 5% [( 69 6) ( 5 2) ] = Dane i wyniki do obliczeń zestawiono w tabeli 4. Po wstawieniu do opisywanej sieci czasów trwania buforów obliczonych zgodnie z podaną metodyką uzyskano termin zakończenia przedsięwzięcia 7 dni ( ). Przebieg ścieżki krytycznej przedstawiono na rysunku, a tabelaryczne zestawienie wyników w tabeli 5. Tabela 5. Zestawienie terminów zadań z harmonogramu po zastosowaniu metody łańcucha krytycznego wg Goldratta Id Nazwa zadania PRzeglĄd budowlany /28 Czas trwania (dni) 2 MOBILIZACJA I PRZYGOTOWANIE SPRZĘTU 9 PRZYGOTOWANIE FRONTU ROBÓT 4 6 WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE i WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE i WYKONANIE PALI ŚCIANKI BERLIŃSKIEJ 1 WYKONANIE WYKOPU WSTĘPNEGO SEKCJE 5A i 5B 11 ZE STROPEM ZEWNĘTRZNYM SEKCJE i SZALOWANIE SEKCJI 5A 14 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 5A 15 SZALOWANIE SEKCJI 5B 16 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 5B 17 SZALOWANIE PRZEWYŻSZENIA SEKCJI 5A 18 ZBROJENIE I BETOWNOWANIE PRZEWYŻSZENIA SEKCJI 5A 2 WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE 27 i WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE 8 1 i WYKONANIE PALI ŚCIANKI BERLIŃSKIEJ 4 TYMCZASOWE PRZEŁOŻENIE KABLI ENERGETYCZNYCH I TRAKCYJNYCH WIĄZKA 2 26 WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE 1 7 i WYKONANIE PALI ŚCIANKI BERLIŃSKIEJ 5 28 WYKONANIE WYKOPU WSTĘPNEGO SEKCJE 1, 2A, 2B 6 29 ZE STROPEM ZEWNĘTRZNYM SEKCJE 1 8 i SZALOWANIE SEKCJI 1 2 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 1 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 2B 4 BUFOR BZ BUFOR BZ BUFOR BP 2 7 Rozpoczęcie Zakończenie Następniki ZC (dni) ZR 9; ZR 1 ; 2 1ZR 1 11ZR 2 dni 1ZR 1 14ZR 2 dni; 15 16ZR ;2ZR dni ZR 4 dni 7 27ZR dni 7 28ZR dni 7 29ZR 5 dni 7 1ZR 5 dni 7 2ZR

6 Tabela 6. Zestawienie obliczeń buforów czasu w zmodyfikowanej metodzie łańcucha krytycznego Nazwa bufora Id ciągu czynności i j przed skróceniem Termin trwania ciągu czynności po skróceniu START STOP START STOP Obliczony czas trwania buforu Tpp i Tpk j Tsp i Tsk j WB i-j BRN ciąg Id: BZ 1 ciąg Id: BZ 2 ciąg Id: BWP 1 ciąg Id: BWP 2 ciąg Id: 1 BP ciąg Id: 2- Jak można zauważyć, ciąg krytyczny zmienił swój przebieg w stosunku do początkowego położenia (patrz rys. 1). Wynika to ze zmiany czasów poszczególnych zadań i ich zapasów czasu. Taka sytuacja jest niedopuszczalna w metodzie łańcucha krytycznego, gdyż stosowanie buforów nie może naruszyć przebiegu ścieżki krytycznej, a wręcz przeciwnie: powinno podnieść bezpieczeństwo czasowe ciągu głównego, tak aby nie został on zagrożony, a lokalizacja przebiegu ścieżki krytycznej była zgodna z pierwotnym harmonogramem.. Zmodyfikowana koncepcja lokalizacji buforów czasu czonych na czerwono czynności krytycznych, przedstawiono w tabeli 7. Przy tak zastosowanej lokalizacji i rozmiarach buforów uzyskuje się efekt skrócenia całego przedsięwzięcia zgodnie z założeniami łańcucha krytycznego, przy niezmienionym położeniu ścieżki krytycznej. a) sieć zaleźności 6 Jak wynika z dotychczasowych obliczeń, zastosowane w przykładzie bufory czasu wg wymagań metody Goldratta zmieniają przebieg ścieżki krytycznej. W toku badań jakie przeprowadzili autorzy, dokonano modyfikacji koncepcji lokalizacji buforów czasu wraz z wyliczeniami czasu ich trwania. Do badanego fragmentu harmonogramu wprowadzono bufory: bufor wspomagający projekt (BWP) oraz bufor reagujący na ścieżce niekrytycznej (BRN), zgodnie z zasadami przedstawionymi w części pierwszej artykułu []. Obliczenia czasów trwania tych buforów dokonano analogicznie jak w tabeli i zestawiono w tabeli 6. Na rysunku 4 przedstawiono wyniki obliczeń (po zastosowaniu rozwiązań) w postaci harmonogramu sieciowego. Do wymienionych wcześniej oznaczeń buforów (BP czerwony i BZ niebieski) dołączono bufory: BWP (zielony) oraz BRN (żółty). Tabelaryczne zestawienie czasów i terminów poszczególnych zadań zastosowanych buforów oraz zazna- b) harmonogram Gantta Rys. 4. Praktyczne zastosowanie buforów czasu w zmodyfikowanej metodzie łańcucha krytycznego PRzeglĄd budowlany /28

7 Tabela 7. Zestawienie terminów zadań po zastosowaniu buforów czasu w zmodyfikowanej metodzie łańcucha krytycznego Id Nazwa zadania PRzeglĄd budowlany /28 Czas trwania (dni) 2 MOBILIZACJA I PRZYGOTOWANIE SPRZĘTU 9 PRZYGOTOWANIE FRONTU ROBÓT 4 6 WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE i WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE i WYKONANIE PALI ŚCIANKI BERLIŃSKIEJ 1 WYKONANIE WYKOPU WSTĘPNEGO SEKCJE 5A i 5B 11 ZE STROPEM ZEWNĘTRZNYM SEKCJE i SZALOWANIE SEKCJI 5A 14 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 5A 15 SZALOWANIE SEKCJI 5B 16 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 5B 17 SZALOWANIE PRZEWYŻSZENIA SEKCJI 5A 18 ZBROJENIE I BETOWNOWANIE PRZEWYŻSZENIA SEKCJI 5A 2 WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE 27 i WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE 8 1 i WYKONANIE PALI ŚCIANKI BERLIŃSKIEJ 4 TYMCZASOWE PRZEŁOŻENIE KABLI ENERGETYCZNYCH I TRAKCYJNYCH WIĄZKA 2 26 WYKONANIE ŚCIAN SZCZELINOWYCH SEKCJE 1 7 i WYKONANIE PALI ŚCIANKI BERLIŃSKIEJ 5 28 WYKONANIE WYKOPU WSTĘPNEGO SEKCJE 1, 2A, 2B 6 29 ZE STROPEM ZEWNĘTRZNYM SEKCJE 1 8 i SZALOWANIE SEKCJI 1 2 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 1 ZBROJENIE I BETONOWANIE SEKCJI 2B 4 BUFOR BZ 1 5 BUFOR BZ BUFOR BP 7 BUFOR BRN 5 8 BUFOR BWP BUFOR BWP Rozpoczęcie Zakończenie Następniki ZC (dni) ZR 9; ZR 1 ; 2 1ZR ZR 2 dni 9 1ZR ZR ; 2ZR dni 26ZR 4 dni 27ZR dni 28ZR dni 29ZR 5 dni 8ZR 5 dni 9ZR ; 14ZR 2 dni

8 Tabela 8. Zestawienie otrzymanych wyników zastosowania metody łańcucha krytycznego Wyszczególnienie Termin rozpoczęcia Termin zakończenia Ilość dni Uwagi Harmonogram pierwotny (patrz tabela 2) Harmonogram z zastosowaniem metody łańcucha krytycznego wg Goldratta Harmonogram wg zmodyfikowanej metody łańcucha krytycznego ciąg główny zmienił swoje położenie ciąg główny pozostał na swoim miejscu 4. Podsumowanie Z przedstawionych badań wynika, że stosowanie metody łańcucha krytycznego dla złożonych sieci zależności wielu przedsięwzięć budowlanych bez żadnych modyfikacji nie przynosi spodziewanych efektów. Świadczyć o tym może zmieniający swoje położenie łańcuch krytyczny, jak również fakt, że termin końcowy przedsięwzięcia uzyskany z obliczeń nie jest zgodny z założeniami metody. Rezerwa czasu, jaka została osiągnięta w analizowanym przykładzie (5% z 8, tzn. około 42), skrócona o procentową redukcję trwania ciągu (5% z 42, tzn. 21), dodana do skróconego czasu całego przedsięwzięcia (42+21=6) nie równa się wyliczeniom opartym na metodzie łańcucha krytycznego (7) tabela 7. Zaproponowana w artykule modyfikacja pozwala na skrócenie przewidywanego terminu realizacji przedsięwzięcia z wykorzystaniem buforów czasu, bez zmiany przebiegu ścieżki krytycznej. Mając już określoną lokalizację buforów czasu, tak że spełnia ona wytyczne Goldratta [1], należy się zastanowić nad prawidłowym doborem skrócenia czasu trwania zadań. Autorzy w niniejszym artykule przyjęli redukcję o 5%, celem przedstawienia problemu lokalizacji buforów w metodzie łańcucha krytycznego, nie analizując jednak poprawności takiego rozwiązania. W przyszłości należy rozważyć kilka innych wariantów skróceń czasu trwania poszczególnych zadań i ich wpływu na rozmiary buforów w sieci zależności. Temu zagadnieniu jednak będzie poświęcony osobny artykuł. BIBLIOGRAFIA [1] Goldratt E. M., Łańcuch krytyczny, Wyd. WERBEL, Warszawa 2 [2] Milian Z., Łańcuch krytyczny w budownictwie. Czasopismo Techniczne z. 11-B/ [] Połoński M., Pruszyński K., Lokalizacja buforów czasu w metodzie Łańcucha Krytycznego w harmonogramach robót budowlanych (cz. 1) podstawy teoretyczne, Przegląd Budowlany 2/28, s