Zarys metody łańcucha krytycznego

Zarys metody łańcucha krytycznego  - JS Project

Artykuł zamieszczony w miesięczniku Builder Nr 12 z grudnia 2009 roku.

Autorzy: mgr inż. Kamil Pruszyński, dr Jerzy Stawicki, mgr inż. Wojciech Bogusz

1. Wprowadzenie

Zarządzanie procesem inwestycyjnym w dzisiejszych czasach jest nieodzownym elementem każdego przedsięwzięcia budowlanego. Wynika to w znacznej mierze z presji jakie niosą za sobą obwarowania nałożone w wyniku podpisania umowy z inwestorem. Dotyczą one zwłaszcza, w odniesieniu do inwestycji budowlanych, jakości, ale przede wszystkim terminu końcowego realizacji danego przedsięwzięcia.
Ryzyko zatem jakie temu towarzyszy wynika właśnie z chęci coraz to dokładniejszego planowania. Obarczone jest to jednak brakiem pewności co do faktycznego przebiegu realizowanego projektu, czyli wynika z planowania przyszłości - wszystkich zaistniałych w projekcie sytuacji. Co jak wiadomo jest do końca nieprzewidywalne [Połoński, Pruszyński 2008].

W tym celu na przestrzeni lat powstało wiele metod, które służą lepszemu zarządzaniu przedsięwzięciami. Główny nurt tych metod prowadzi przez analizę sieci zależności [Jaworski 1999]. Metoda CPM, która powstała w 1957r. uważana obecnie za prekursora tego nurtu; oparta jest na sieci krawędziowo definiowanej i dotyczy tylko analizy czasu w ujęciu deterministycznym. Metoda PERT, która powstała w 1958r. na podstawie tych samych złożeń definiowanych krawędziowo co ww. metoda pozwala jednak przeprowadzić analizę czasu już w ujęciu probabilistycznym. Metoda ta zapoczątkowała podejście probabilistyczne do realizacji projektów. Czego rezultatem są m.in. metody: GERT, GERTS czy CYCLONE.

Dużym ułatwieniem w stosowaniu powyższych metod stały się programy komputerowe, które zaczęły powstawać z początkiem szybkiego rozwoju informatyki. Pozwoliły one żmudne i niejednokrotnie monotonne obliczenia zastąpić kilkoma trafnymi kliknięciami myszy. Większość dzisiaj stosowanego oprogramowania do zarządzania projektami, poza obliczeniami czasu trwania przedsięwzięć, została rozszerzona o analizę środków, ale także o wybrane elementy ryzyka. Programy, które obecnie z racji szerokiego zakresu swojego zastosowania opanowały rynek to m. in.: MS Project, Primavera czy Pertmaster Project Risk. Jest również cała gama pomniejszych, mniej skomplikowanych programów, co nie umniejsza ich oczywiście przydatności do zarządzania przedsięwzięciami. Zawierają one jednak najczęściej jeden lub kilka elementów składowych, które wchodzą w skład hybryd obliczeniowych jakimi są wymienione wcześniej programy [Połoński, Pruszyński 2008].

Poza dość złożonymi obliczeniowo metodami, powstają i inne bardziej praktyczne sposoby radzenia sobie z ryzykiem, podnosząc tym samym wiarygodność prognozowania różnego rodzaju przedsięwzięć. Na tym tle metoda łańcucha krytycznego (Critical Chain) wydaje się być przykładem jak w prosty sposób, opierając się na znanych dotychczas technikach można precyzyjnie planować, monitorować i kontrolować realizację przedsięwzięć.

2. Metoda łańcucha krytycznego

Metodę łańcucha krytycznego opracował w 1997 roku dr Eliyahu M. Goldratt. Zostały w niej przedstawione ogólne wytyczne do lepszego, pewniejszego, a tym samym i bardziej wydajniejszego zarządzania projektami w warunkach niepewności i ryzyka. Ze względu na jej interdyscyplinarny charakter metoda ta zdążyła już znaleźć powszechne uznanie wśród kadry zarządzającej zarówno przedsięwzięciami ekonomicznymi jak i informatycznymi. Jak do tej pory, brak jest szerszych, praktycznych przykładów stosowania metody łańcucha krytycznego dla przedsięwzięć budowlanych. Wynikać to może z faktu, iż w swojej strukturze harmonogramy budowlane są skomplikowane, tzn. niejednokrotnie kilka czy kilkanaście ciągów podkrytycznych w różny sposób jest powiązanych z ciągiem głównym projektu. Ponadto rzeczywiste harmonogramy opracowywane na cele budowlane liczą najczęściej znacznie powyżej stu zadań, posiadają różne typy relacji, istnieje w nich często kilka czynności początkowych czy końcowych, a ścieżka krytyczna rzadko stanowi pojedynczy ciąg [Połoński, Pruszyński 2008].

Założenia metody Goldratta oparte są na metodzie CPM, która jest także po części heurystyczna. Ponadto wykorzystuje niektóre własności rozkładu sumy zmiennych losowych i bazuje na pewnych obserwacjach psychologicznych jakim podlegają ludzie [Milian 2004]. Metoda łańcucha krytycznego, która z racji swojej przydatności w planowaniu i kontrolowaniu wielu dużych projektów, jest często także nazywana metodą CCPM (Critical Chain Project Management).

3. Koncepcja łańcucha krytycznego

Łańcuch krytyczny to ciąg najdłuższych, zależnych od siebie zadań (w artykule nazywanych też zamiennie czynnościami) koniecznych do zrealizowania ostatecznego celu przedsięwzięcia przy optymalnych zasobach. W przypadku, kiedy zasoby te są nieograniczone definicja ta pokrywa się z definicją ścieżki krytycznej (patrz metoda CPM).

Zgodnie z założeniami metody łańcucha krytycznego [Goldratt 1997] w pierwszej kolejności należy ustalić zadania krytyczne oraz (druga wytyczna) zredukować długości trwania poszczególnych czynności (rysunek 1). Zakłada się bowiem, że poza czasem zadań, który jest niezależny i ma charakter losowy, to początkowe prawdopodobieństwo dotrzymania terminu pojedynczego zadania wynosi ok. 90%. Tak wysoki poziom prawdopodobieństwa dotrzymania czasu trwania kolejnych zadań prowadzi do znacznego wydłużenia całego przedsięwzięcia - co nie zawsze jest zasadne. Nie ma to jednak i tak zazwyczaj odzwierciedlenia w rzeczywistym czasie trwania prac przy danej czynności. Dlatego też zgodnie z koncepcją łańcucha krytycznego, należy skrócić terminy realizacji zadań do pewnej wartości. Goldratt szacuje to na poziomie 30% ÷ 50% długości czasu wyjściowego (przy początkowym prawdopodobieństwie jego dotrzymania na poziomie 90%). W ten sposób pozbywając się m. in. tzw. syndromu studenta - świadome opóźnianie rozpoczęcia zadania i "szturmowanie" terminu końcowego ("Najpierw wywalcz sobie rezerwę czasową. Kiedy ją uzyskasz, masz już sporo czasu, więc po co się spieszyć? Kiedy w końcu zaczynacie pracę? Odkładacie na ostatnią chwilę. Taka jest natura ludzka." [Goldratt 1997]) czy też prawa parkinsona - praca wypełnia cały dostępny czas, a zadania rzadko kończą się wcześniej, nawet przy zastosowaniu estymat bezpiecznych.

Zarys metody łańcucha krytycznego  - JS Project

Rys. 1. Rozkład prawdopodobieństwa czasu realizacji zadania [Milian 2004]


4. Stosowanie buforów czasu

Skrócenie czasów wykonania czynności może jednak prowadzić do zmiany przebiegu łańcucha krytycznego oraz obniżenia prawdopodobieństwa dotrzymania terminu końcowego przedsięwzięcia. Zapobiegać temu mają zaproponowane i wprowadzone przez Goldratta bufory czasu. Jest to zatem kolejna – już trzecia – wytyczna do stosowania metody łańcucha krytycznego.

Powstawanie buforów czasu zostało przedstawione na rysunku 2. Zastosowano koncepcję, dla lepszego zrozumienia zagadnienia, że długość prostokątów, które obrazują poszczególne zadania, są proporcjonalne do czasu trwania tych zadań, zaś strzałki pomiędzy nimi nie odzwierciedlają czasu ich realizacji, a jedynie wskazują na kolejność ich wykonywania. I tak rysunek 2a przedstawia przykładowy ciąg 3 zadań. Czasy trwania realizacji tych zadań są podane z pewnością 90% jego dotrzymania. W następnej części rysunku (rysunek 2b) przedstawiono możliwą redukcję trwania tych zadań. Do końca w metodzie tej nie jest sprecyzowane do jakiej wartości należy skrócić zadania by ich czasy były optymalne, zależne jest to bowiem od charakteru przedsięwzięcia. Na cele tego artykułu zastosowano skrócenie o 50%, tzn. do wartości, w której szansa dotrzymania tego terminu wynosi 50%. Zredukowany w ten sposób czas z zadań tworzących rozpatrywany ciąg czynności został przeniesiony do powstałego w ten sposób bufora (rysunek 2c). Jego wielkość w tym momencie stanowi zatem suma skróceń ze wszystkich zadań jakich on dotyczy, tzn. ścieżki krytycznej. Ostateczny termin całego przedsięwzięcia zarówno w tym jak i w poprzednich przypadkach nie uległ jednak zmianie. Wielkość powstałego w ten sposób elementu – w myśl założeń metody CCPM – także podlega skróceniu (rysunek 2d). Tutaj także wielkość redukcji nie jest dokładnie sprecyzowana. W związku z powyższym dla tego przykładu następuje i tutaj również skrócenie o 50% - rezultat tego działania przedstawiono na rysunku 2e. Całość zredukowanego ciągu 3 zadań przedstawia rysunek 2f. Metoda, jak już wspomniano, nie określa dokładnie, o jaką wartość należy go skrócić. Zależne jest to m. in. od specyfiki każdego projektowanego przedsięwzięcia. Jak widać na rysunku, w tym przypadku powstały bufor czasu został zredukowany o 50%.

Zarys metody łańcucha krytycznego  - JS Project

Rys. 2. Schemat powstawania buforów czasu


Goldratt w swojej metodzie proponuje stosować 2 rodzaje buforów czasu: bufor projektu i bufor zasilający.

Bufor projektu (BP) jest to element umieszczany na końcu harmonogramu (ścieżki krytycznej), mający na celu zapewnienie bezpieczeństwa dotrzymania terminu końcowego przedsięwzięcia oraz umożliwienie jego kontrolowania (rysunek 3). Jego wielkość stanowi skrócenie z sumy skróceń wszystkich zadań ze ścieżki krytycznej.

Zarys metody łańcucha krytycznego  - JS Project

Rys. 3. Schemat lokalizacji i powstawania bufora projektu (BP) [Połoński, Pruszyński 2008]


Bufor zasilający (BZ) natomiast to element harmonogramu znajdujący się na końcu ścieżki niekrytycznej dochodzącej do ciągu głównego projektu (ścieżki krytycznej). Ma on na celu ochronę terminu rozpoczęcia zadania w ciągu krytycznym, z którym połączony jest bufor zasilający (rysunek 4a) oraz całego ciągu krytycznego przed zmianą jego położenia. W przypadku, kiedy ciąg zasilający łączy się z siecią na samym końcu przedsięwzięcia, przed wprowadzonym buforem projektu (rysunek 4b), należy na końcu ścieżki niekrytycznej również umieścić bufor zasilający, gdyż chroni on wówczas termin zakończenia całego przedsięwzięcia. Innymi słowy: bufory zasilające mają na celu utrzymanie niezmienności łańcucha krytycznego oraz umożliwienie kontrolowania jego stabilności.

Zarys metody łańcucha krytycznego  - JS Project

Rys. 4. Schemat lokalizacji bufora zasilającego (BZ) [Połoński, Pruszyński 2008]


Zatem do obliczenia końcowego terminu projektu wg metody łańcucha krytycznego Goldratta należy uwzględnić skrócony harmonogram całego przedsięwzięcia oraz wszystkie zastosowane bufory w projekcie (BP i BZ) - i jest to 4 wytyczna twórcy tej metody.

5. Monitoring i kontrola łańcucha krytycznego

Łańcuch krytyczny, który uwzględnia analizę ryzyka i niepewność poprzez zastosowanie buforów czasu, pozwala dotrzymać ustalony z góry termin i przebieg ścieżki krytycznej. Stanowi to 5 wytyczną omawianej metody.
Pełny monitoring i kontrolę "zużycia" buforów czasu, co pozwala na całościowe zarządzanie łańcuchem krytycznym wg zaleceń jej autora, osiąga się dzięki zastosowaniu macierzy ryzyka (rysunek 5).

Zarys metody łańcucha krytycznego  - JS Project

Rys. 5. Macierz zużycia bufora czasu


Przedstawiony powyżej rysunek obrazuje możliwości "zużycia" zastosowanego bufora czasu. Kolor żółty przedstawia obszar, w którym powinno się bufor obserwować, bez żadnej ingerencji w harmonogram danego przedsięwzięcia. W przypadku kiedy bufor znajduje się w obszarze zielonym należy już rozpocząć planowanie ewentualnych przyszłych działań. Natomiast w przypadku, kiedy bufor czasu osiągnie taką wartość, że znajdzie się w obszarze koloru czerwonego to należy podjąć działania korygujące, tak by nie przekroczyć zakładanego terminu realizacji przedsięwzięcia, które zakończone jest tym buforem.

Poszczególne obszary macierzy ryzyka ustalane są indywidualnie dla każdego z projektów przed jego rozpoczęciem. Wielkości tych obszarów zależne są od rygorów jakim podlegać ma dane przedsięwzięcie. Nie należy ich jednak zmieniać w trakcie jego trwania.

Tak dobrane wielkości obszarów macierzy ryzyka oraz konsekwencja w korygowaniu buforów czasu gwarantuje skuteczne zarządzanie ryzykiem w zarządzaniu przedsięwzięciem.

6. Podsumowanie

Metoda łańcucha krytycznego choć znana już od przeszło dekady jest stosunkowo mało znaną metodą. Jej dotychczasowe zastosowanie przy realizacji różnych przedsięwzięć daje nam sądzić, iż założenia w niej zawarte są słuszne. Stąd też prace jakie trwają w różnych ośrodkach naukowych świata służą doprecyzowaniu jej dla konkretnej branży.

W budownictwie, gdzie złożoność problemów technologiczno - organizatorskich jest największa spośród wszystkich dziedzin gospodarki wydaje się to najtrudniejsze. Pomocne w tym przypadku staje się oprogramowanie komputerowe, które wspierać może kadrę kierowniczą projektu w stosowaniu metody łańcucha krytycznego w realizacji przedsięwzięć budowlanych.

7. Literatura

1. Goldratt E. M.: Critical chain. Great Barrerinton, MA: The North River Press, 1997
2. Jaworski K. M.: Metodologia projektowania realizacji budowy, PWN, Warszawa 1999
3. Milian Z.: Łańcuch krytyczny w budownictwie, Czasopismo Techniczne z. 11-B/2004
4. Połoński M., Pruszyński K.: Lokalizacja buforów czasu w metodzie łańcucha krytycznego w harmonogramach robót budowlanych (cz. 1) - podstawy teoretyczne, Przegląd budowlany 02/2008, str. 45-49