基于關(guān)鍵鏈的客船空調(diào)通風(fēng)項(xiàng)目技術(shù)管理

徐謙 田正軍 吉春正 趙自兵

(招商局郵輪研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

空調(diào)通風(fēng)(HVAC)項(xiàng)目技術(shù)管理的負(fù)責(zé)人通常是有比較深厚工程技術(shù)背景的工程師，但往往過于注重項(xiàng)目進(jìn)行中的專業(yè)技術(shù)問題，而不注重管理方法?？痛琀VAC項(xiàng)目是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜、參與人員多、時(shí)間周期長、涉及專業(yè)多、不確定因素多的系統(tǒng)工程，缺少科學(xué)的管理方法，最后很可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)計(jì)劃全面拖期、設(shè)計(jì)反復(fù)修改、設(shè)備參數(shù)無法固化及交貨拖期等一系列問題，工作難以推進(jìn)，進(jìn)而影響整個(gè)客船的設(shè)計(jì)進(jìn)程。

科學(xué)的項(xiàng)目管理是確保技術(shù)任務(wù)圓滿完成的重要環(huán)節(jié)，HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理的負(fù)責(zé)人很有必要對項(xiàng)目管理方法進(jìn)行研究。關(guān)鍵鏈項(xiàng)目管理(CCPM)方法是一個(gè)很好的選擇，可以明顯降低項(xiàng)目受不確定因素影響的程度，有效改善項(xiàng)目計(jì)劃的執(zhí)行環(huán)境，縮短項(xiàng)目周期[1]。

本文結(jié)合客船HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)地運(yùn)用關(guān)鍵鏈(Critical Chain)解決實(shí)際難題，通過識別關(guān)鍵鏈、設(shè)置緩沖，管理緩沖對整個(gè)HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理進(jìn)行優(yōu)化，文中還首次提出設(shè)計(jì)緩沖，用于減少不確定因素對設(shè)計(jì)的影響。

1 客船HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理的工作分析

1.1 客船HVAC項(xiàng)目的組成

客船HVAC項(xiàng)目復(fù)雜且龐大，需要運(yùn)用工作分解結(jié)構(gòu)(WBS)進(jìn)行分解，先根據(jù)技術(shù)差異將HVAC項(xiàng)目分解成幾個(gè)大的系統(tǒng)，主要有通風(fēng)系統(tǒng)、水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，接著再分解成各類設(shè)備及附件，大的有冷水機(jī)組、中央空調(diào)箱，小的有各類閥附件、通風(fēng)附件等，還有各種電氣箱等。HVAC項(xiàng)目分解結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 HVAC分解結(jié)構(gòu)

1.2 專業(yè)之間的協(xié)調(diào)

HVAC項(xiàng)目是客船設(shè)計(jì)的重要部分，與其他專業(yè)有復(fù)雜的相關(guān)性，各個(gè)專業(yè)之間連接緊密，而且相互制約。一方面，HVAC項(xiàng)目設(shè)計(jì)是其他專業(yè)設(shè)計(jì)的輸入且需要盡快推進(jìn)；另一方面，HVAC項(xiàng)目設(shè)計(jì)受制于其他專業(yè)的資料，所以需要消耗大量的時(shí)間進(jìn)行專業(yè)之間的相互協(xié)調(diào)，主要協(xié)調(diào)內(nèi)容見表1。

表1 專業(yè)之間的協(xié)調(diào)內(nèi)容

1.3 不確定因素多

HVAC項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中面臨很多不確定因素，在技術(shù)條件不清晰的情況下通常需要長時(shí)間的修改來對設(shè)計(jì)進(jìn)行持續(xù)的優(yōu)化和完善，主要有以下幾個(gè)方面：

設(shè)計(jì)輸入條件的變化導(dǎo)致HVAC項(xiàng)目設(shè)計(jì)反復(fù)修改。比如總圖的修改，船東要求對公共區(qū)重新分區(qū)，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)的分區(qū)要隨之修改。

設(shè)計(jì)輸入的缺少導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)無法完整地做完設(shè)計(jì)。比如客船廚房設(shè)備資料的缺失和電氣設(shè)備散熱量缺失而導(dǎo)致在HVAC項(xiàng)目開始設(shè)計(jì)時(shí)先要預(yù)估，等后面資料來了，再進(jìn)行設(shè)計(jì)更新。

為了滿足內(nèi)裝美觀的要求而要對空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。比如公共區(qū)天花板的形式會影響空調(diào)的送風(fēng)和回風(fēng)等。

1.4 團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)調(diào)

HAVC項(xiàng)目技術(shù)工作中參與的人員多，包含船東船級社、多個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和廠家，見圖2。項(xiàng)目中存在技術(shù)人員的資源約束和依賴關(guān)系，技術(shù)骨干需要同時(shí)承擔(dān)幾個(gè)項(xiàng)目的工作，且技術(shù)人員通常具有局部最優(yōu)的觀念，對自己的設(shè)計(jì)圖精益求精，局部設(shè)計(jì)時(shí)間消耗過長，造成下道設(shè)計(jì)工序無法盡快開展。

圖2 團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)調(diào)

1.5 前后工序的相互影響

前道工序會影響后道工序，而在HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理過程中，普遍存在后道工序會對前道工序產(chǎn)生影響，使前道工序需要修改。比如詳細(xì)設(shè)計(jì)是生產(chǎn)設(shè)計(jì)的前道工序，但是經(jīng)常需要根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)反饋的問題進(jìn)行修改，因?yàn)榭照{(diào)風(fēng)管的尺寸大而多，生產(chǎn)設(shè)計(jì)很難完全按照詳細(xì)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)圖來建模，需要反饋給詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)圖更改，雙方需要反復(fù)協(xié)調(diào)才能完成風(fēng)管布置，并滿足功能要求。

2 關(guān)鍵鏈項(xiàng)目管理方法

CCPM是約束理論(TOC)在項(xiàng)目管理方面的具體應(yīng)用，其提出者Goldratt是一名物理學(xué)家，他提出的管理方法淺顯易懂且邏輯嚴(yán)密，非常容易讓廣大工程師接受。CCPM強(qiáng)調(diào)整體最優(yōu)，注意平衡資源沖突，考慮人的心理對行為的影響。由于學(xué)生綜合征、帕金森定律、級聯(lián)效應(yīng)、多任務(wù)、資源受限、相互關(guān)聯(lián)等，在不確定環(huán)境下，項(xiàng)目執(zhí)行過程中會面臨各種各樣的干擾因素[2]。CCPM運(yùn)用設(shè)置緩沖的方法，把工序中的安全時(shí)間收集起來放在關(guān)鍵鏈中，用于吸收項(xiàng)目中的不確定因素，保護(hù)關(guān)鍵鏈,因此緩沖的設(shè)置和管理是CCPM的核心[3]。

CCPM運(yùn)用中有3種形式的緩沖：項(xiàng)目緩沖(Project Buffer，PB)，輸入緩沖(Feeding Buffer，F(xiàn)B)，資源緩沖(Resource Buffer，RB)[4]。

3 關(guān)鍵鏈的識別

依據(jù)HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理中各工序的資源約束和邏輯關(guān)系約束，進(jìn)行整個(gè)過程中關(guān)鍵鏈的識別。先識別關(guān)鍵路徑，考慮各工序的執(zhí)行邏輯約束，再對產(chǎn)生資源沖突的任務(wù)進(jìn)行調(diào)整，特別需要考慮關(guān)鍵資源約束[5]。

HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理的工作主要包括6個(gè)部分：合同前、技術(shù)協(xié)議談判、基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試，其具體的工作內(nèi)容見表2。

表2 HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理的主要內(nèi)容

考慮HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理存在的資源約束，主要是技術(shù)工程師和設(shè)備資料，根據(jù)工序的緊前關(guān)系，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)圖，見圖3，其中最長的路徑即關(guān)鍵鏈。HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理的關(guān)鍵鏈?zhǔn)牵汉贤啊夹g(shù)協(xié)議談判→基本設(shè)計(jì)→設(shè)備資料→詳細(xì)設(shè)計(jì)→生產(chǎn)設(shè)計(jì)→安裝調(diào)試。

圖3 HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理的關(guān)鍵鏈

4 緩沖的設(shè)置

HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理的各個(gè)工序之間沒有嚴(yán)格的時(shí)間界線，根據(jù)各個(gè)工序的持續(xù)時(shí)間，繪制甘特圖(圖4)，普遍存在上一個(gè)工序沒有完成時(shí)，下一個(gè)工序就已經(jīng)開始了。比如在詳細(xì)設(shè)計(jì)中，第1版的空調(diào)風(fēng)管布置圖繪制出來后，生產(chǎn)設(shè)計(jì)就開始了，而此圖的詳細(xì)設(shè)計(jì)工作還在繼續(xù)，船東船級社的意見和輸入條件變化等帶來的設(shè)計(jì)圖更新所花的時(shí)間遠(yuǎn)大于第1版設(shè)計(jì)圖繪制的時(shí)間。這種在工序與工序之間缺少明確界線的情況，不便于對每道工序的時(shí)間緩沖進(jìn)行管理，而在整個(gè)關(guān)鍵鏈尾部設(shè)置整合的項(xiàng)目緩沖可以簡單有效地解決這個(gè)問題。生產(chǎn)設(shè)計(jì)的結(jié)束是HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理的重要節(jié)點(diǎn)，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)后設(shè)置項(xiàng)目緩沖可以對整個(gè)技術(shù)管理過程進(jìn)行有效的監(jiān)控。

圖4 HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理的甘特圖

根據(jù)墨菲法則，人們對工期的估計(jì)是一個(gè)向右傾的概率分布，見圖5。由于考慮到個(gè)人的安全,人們不會選擇實(shí)際最有可能完成的工期，通常選擇容易準(zhǔn)時(shí)完成的工期(95%概率)估計(jì),而這要比50%概率準(zhǔn)時(shí)完成的工期估計(jì)大很多,為此把兩者時(shí)間估計(jì)之差作為工序的安全緩沖,從全局和系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),將其放在工序路經(jīng)的尾端，集中使用[6]。

圖5 工期預(yù)估的概率分布圖

按照Goldratt的研究，時(shí)間緩沖量的大小等于安全時(shí)間之和的一半，公式如下[7]

T=(1/2)ΣΔt

式中，T為緩沖的時(shí)間長度；Δt為各個(gè)工序的安全時(shí)間。

CCPM把整個(gè)HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理比作一條鏈條，鏈條的強(qiáng)度取決于最脆弱的環(huán)[8]。確定關(guān)鍵鏈上的瓶頸，就等于找到了最脆弱的環(huán)，通過設(shè)置緩沖來對瓶頸進(jìn)行加強(qiáng)。利用TOC約束理論的5個(gè)基本步驟對關(guān)鍵鏈進(jìn)行分析，見表3。

表3 TOC約束理論的5個(gè)基本步驟

圖6 詳細(xì)設(shè)計(jì)的分解結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)表3，為了保護(hù)關(guān)鍵鏈的瓶頸(詳細(xì)設(shè)計(jì))，在非關(guān)鍵鏈分支上的船東船級社設(shè)計(jì)圖送審后插入輸入緩沖，用于監(jiān)控設(shè)計(jì)圖送審進(jìn)度和船東船級社設(shè)計(jì)圖意見，在詳細(xì)設(shè)計(jì)前的關(guān)鍵鏈上插入資源緩沖，讓瓶頸資源(技術(shù)工程師和設(shè)備資料)提前做好準(zhǔn)備，關(guān)鍵鏈上的緩沖布置見圖7。

圖7 關(guān)鍵鏈上的緩沖布置

5 緩沖的管理

緩沖的管理是為了實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目跟蹤監(jiān)控，對項(xiàng)目整體任務(wù)進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)控，可以使不確定因素對關(guān)鍵鏈的影響最小[9]。

緩沖的消耗情況是與項(xiàng)目的進(jìn)程相關(guān)聯(lián)的，越到項(xiàng)目的后期，消耗的緩沖會越多。在HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理中，把項(xiàng)目緩沖消耗平均分成3個(gè)部分，見圖8橫軸，把3個(gè)關(guān)鍵工序(技術(shù)協(xié)議談判，詳細(xì)設(shè)計(jì)，生產(chǎn)設(shè)計(jì))的進(jìn)展標(biāo)記在圖8豎軸上，使用綠色、黃色、紅色來對緩沖的消耗情況進(jìn)行分類。

圖8 緩沖管理顏色分區(qū)

緩沖管理的重點(diǎn)是根據(jù)圖8中不同的顏色，采取不同的措施[10]：

在綠色區(qū)，表明任務(wù)的執(zhí)行進(jìn)度良好，按原進(jìn)度實(shí)施即可。

在黃色區(qū)，表明任務(wù)執(zhí)行發(fā)生問題，技術(shù)管理負(fù)責(zé)人需要核查并加強(qiáng)進(jìn)度監(jiān)控。

在紅色區(qū)，表明任務(wù)執(zhí)行出現(xiàn)了嚴(yán)重問題，必須馬上采取實(shí)際行動(dòng)。

6 設(shè)計(jì)緩沖

冷水機(jī)組是HVAC項(xiàng)目中最核心的設(shè)備，一方面，冷水機(jī)組的資料對其他專業(yè)的設(shè)計(jì)影響很大，是冷卻水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)，機(jī)艙布置圖等的重要設(shè)計(jì)輸入，而且冷水機(jī)組體積很大，需要預(yù)埋，生產(chǎn)周期也很長，需要盡快進(jìn)行技術(shù)確認(rèn)；另一方面，由于受設(shè)計(jì)輸入(總圖，玻璃布置圖，安全返港導(dǎo)則，公共區(qū)人數(shù)，廚房布置圖，電氣設(shè)備散熱量等)的影響，空調(diào)負(fù)荷計(jì)算書一直在更新，冷水機(jī)組的參數(shù)一直在變化，于是冷水機(jī)組的資料也需要一直更新。冷水機(jī)組資料的修改不僅導(dǎo)致本專業(yè)的詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)的修改，而且還導(dǎo)致其他專業(yè)的設(shè)計(jì)修改，而不修改就會影響設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，其沖突見圖9。

圖9 修改冷水機(jī)組的沖突圖

面對這個(gè)沖突，結(jié)合CCPM的項(xiàng)目管理思想，在空調(diào)負(fù)荷計(jì)算中添加一定的余量，在項(xiàng)目進(jìn)行中對這些余量進(jìn)行監(jiān)控，比如在合同前，按照總圖和規(guī)格書估算得到空調(diào)制冷總負(fù)荷是2000kW，于是可添加20%的余量，然后對冷水機(jī)組進(jìn)行選型，接著核查機(jī)艙的空間是否合適，而這個(gè)20%余量就是設(shè)計(jì)緩沖。由于這個(gè)設(shè)計(jì)緩沖的存在，冷水機(jī)組的參數(shù)不會一直隨著設(shè)計(jì)輸入條件的修改而修改，從而減少了不確定性對設(shè)計(jì)的影響。

設(shè)計(jì)緩沖也可以有效地解決上道工序受下道工序影響的問題，風(fēng)機(jī)等設(shè)備參數(shù)會因?yàn)樯a(chǎn)設(shè)計(jì)的變化而修改，見圖10，在風(fēng)機(jī)選型的過程中加入一定的設(shè)計(jì)緩沖，可以減少風(fēng)機(jī)型號的反復(fù)修改，有效地減少設(shè)計(jì)的工作量。

圖10 風(fēng)機(jī)選型流程圖

設(shè)計(jì)緩沖的運(yùn)用，減少了HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理中不確定因素對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響，加快了設(shè)備參數(shù)的確定，通過監(jiān)控設(shè)計(jì)緩沖的消耗情況可對設(shè)備進(jìn)行管理。在不同的階段，設(shè)備的設(shè)計(jì)緩沖量是不同的，越到后期可以越小，HVAC項(xiàng)目中主要需要添加設(shè)計(jì)緩沖的有空調(diào)總負(fù)荷、風(fēng)機(jī)、水泵等，見表4。

表4 HVAC項(xiàng)目的設(shè)計(jì)緩沖 (單位：%)

7 結(jié)語

近年來，越來越多的客船在國內(nèi)建造，客船復(fù)雜的HVAC項(xiàng)目給國內(nèi)的船廠帶來了很多困難，無論在技術(shù)上還是管理上都有必要對HVAC系統(tǒng)進(jìn)行研究。筆者在客船HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理實(shí)際工作中，越來越發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目管理方法的重要性，CCPM是非常貼合實(shí)際的方法選擇。本文詳細(xì)介紹了CCPM在HVAC項(xiàng)目技術(shù)管理中的運(yùn)用，重點(diǎn)研究了項(xiàng)目緩沖、輸入緩沖、資源緩沖，并第一次提出了設(shè)計(jì)緩沖，有較高的實(shí)踐性，可供廣大從事項(xiàng)目技術(shù)管理的工程師參考。