Prof. Dr. Norbert Thumb
Grundlagen und Praxis der Netzplantechnik mit Beiträgen von Dr. Peter Herles und Senatsrat Dipl.-Ing. Konrad Kowarc
,. Techn...
„CPM" (Critical Path Method) = Die Methode des kritischen Weges
27
Einführung in CPM
27
2.1
2.11 Wie CPM entstand 2.12 Das Wesen von CPM 2.121 Die Merkmale der graphischen Darstellung (des CPM-Netzplanes) 2.122 Die Kennzeichen der Zeitplanung 2.123 Das Vorgehen bei CPM
27 28
2.2
Schritt 1: Die Ablaufplanung
31
2.21 2.211 2.212 2.213 2.214 2.215
Das Zeichnen des CPM-Netzplanes Die Grundregeln Die Einführung von Scheinvorgängen Überlappte Vorgänge Wartezeiten und einschlägige Fragen Anfang und Ende des gesamten Vorhabens
31 31 32 34 36 41
28 29 30
2.22 Prüfung und Korrektur des graphischen Netzplanes 2.221 Prüfung auf Richtigkeit der Vorgangsfolge („Strukturprüfung") 2.222 Typische Beispiele für die Korrektur der Vorgangsfolge (Aufgaben) 2.223 Lösung der Aufgaben von 2.222 2.224 Prüfung auf das Vorhandensein von Schleifen
43
2.23 2.231 2.232 2.233 2.234 2.235
49 49 49 50 51 51
Ratschläge für das Zeichnen des Netzplanes Wer entwirft den Netzplan? Der Aufgliederungsgrad des Ablaufes Die Unterteilung eines Netzwerkes Wo beginnt man mit der Netzplan-Zeichnung ? Der Maßstab
43 45 46 48
2.236 Die Numerierung der Knoten 2.237 Reserveknoten 2.238 Der Netzwerkumfang
52 54 54
2.3
Schritt 2: Die Zeitplanung
55
2.31
Anlegen von Tätigkeitsblättern und Ermittlung der Vorgangsdauern
55
2.32 Die Berechnung der elementaren Zeiten eines Vorganges . . . 2.321 Die Grundbegriffe der Zeitrechnung 2.322 Berechnung des frühestmöglichen Zeitpunktes FZ{ für den Knoten/ 2.323 Berechnung des spätest erlaubten Zeitpunktes SZj für das Ereignisy 2.324 Die Zeitpunktgrößen eines Vorganges (i—j) 2.325 Die Ermittlung des kritischen Weges 2.326 Die verschiedenen Arten des Vorgangspuffers (freier, bedingt verfügbarer und unabhängiger Vorgangspuffer) 2.327 Die Ermittlung des freien Vorgangspuffers (freefloat) FP^-. . 2.328 Berechnung des unabhängigen Vorgangspuffers UPt_j (independent float) 2.329 Berechnung des bedingt verfügbaren Vorgangspuffers BP^j (interfering float, bedingt verfügbare Pufferzeit) 2.33
58 58 60 67 71 74 77 82 85 86
Die Lösungen der Aufgaben 2.4 bis 2.12 unseres Aufgabenbeispiels (Netzplan Bild 2.37)
88
2.4
Schritt 3: Die Kostenplanung
91
2.41
Zeitplanung und Kosten
91
2.42
Das Kostenverhalten eines Vorganges bei Kürzung seiner Dauer Schrittweise manuelle Kürzung der Projektdauer unter Berücksichtigung der Kosten
2.43
92 99
2.431 Ermittlung der durchschnittlichen Beschleunigungskosten . . 2.432 Die erste Kürzung der Projektdauer 2.433 Die weitere Kürzung der Projektdauer bis zur Minimaldauer A,^ 2.434 Maschinelle kostenoptimale Kürzung der Projektdauer (der Fulkerson-Algorithmus)
110
2.44
114
10
Die Ermittlung der minimalen Gesamtkosten des Projektes . .
99 101 103
3
Verfeinerungen von CPM
117
3.1
Probleme der Zeitreserven
117
3.11 3.12
Die unterschiedliche Bedeutung der Zeitreserven Die Aufteilung der Zeitreserven
117 120
3.13 Die Vorschreibung von Fixterminen 3.131 Fester Projekt-Endtermin GZn (Zielknoten n) 3.132 Feste Zwischentermine GZ{ 3.2
128 129 130
Die Zuteilung der Produktionsfaktoren (Das Kapazitätsproblem)
137
3.22 3.221 3.222 3.223 3.224 3.225 3.226
Die Berücksichtigung der Kapazitätsschranken — eine Notwendigkeit Konventionelle Terminplanung und Netzplantechnik . . . . Die Kapazität und ihre Messung Die Bedarfsermittlung je Vorgang Die Kapazitätsbelastung Die Arbeitsplatzbelegung Vom Balkendiagramm zum Netzplan Netzplantechnik, Ersatz für konventionelle Terminplanung ?. .
137 139 139 140 142 144 146 150
3.23 3.24 3.25 3.26
Die netzplantechnische Bedarfsermittlung Der Belastungsausgleich Die Berücksichtigung von Kapazitäts schranken Optimierung der Kosten bei der Kapazitätsbelastung
152 152 155 165
4
PERT (Program Evaluation and Review Technique)
175
4.1
Einführung in P E R T
175
3.21
. . . .
4.11
Z u r Geschichte v o n P E R T
4.12
D i e E i g e n a r t v o n P E R T in seiner ursprünglichen F o r m
175
4.2
D i e Ablaufplanung nach P E R T
4.21
V o r a u s s e t z u n g für die A n w e n d u n g v o n P E R T
4.22
D i e L o g i k der Darstellung
178
4.23
D i e V e r w e n d u n g v o n Vorgangspfeilnetzen für P E R T . . . .
184
4.3
Die Zeitplanung nach P E R T
185
4.31
D i e Zeitschätzungen
185
. . .
176 177
. . . . . . . .
177
11
4.32
Die Normalverteilung der Wahrscheinlichkeit
187
4.33
Die Wahrscheinlichkeitsverteilung einer Dauer
191
4.34
Die Berechnung des Erwartungswertes MD der Dauer und ihrer Varianz VZ
4.35 4.36 4.37
Berechnung der Ereigniszeiten und der Ereignispuffer . . . . Tabellarische Berechnung der frühestmöglichen und der spätesterlaubten Ereignispunkte FZ und SZ sowie der Ereignispuffer Die Wahrscheinlichkeit von Terminüberschreitungen . . . .
201 202
4.38 4.39
Kritisches zur Zeitplanung Die Praxis der PERT-Zeitplanung
212 217
4.4
Die Kostenplanung bei P E R T („PERT/COST")
223
4.41 4.42 4.43
PERT/COST Kostenbetrachtungen vom Vorgang her Kostenüberwachung
223 224 227
4.5
Die Problematik der PERT-Methode
235
4.51 4.52
Das Wahrscheinlichkeitskonzept der Methode Die Addition von Zufallsvariablen sowie der zentrale Grenzwertsatz Die Auswirkung von Abhängigkeiten der Zufallsvariablen (Vorgangsdauer) untereinander Die Auswirkungen auf die PERT-Methode
235
238 241
Die Korrektur des Abhängigkeitseinflusses zwischen zwei Vorgangsdauern .
242
5
Sonstige Methoden der Netzplantechnik
245
5.1
Die Graphentheorie als Basis der Netzplantechnik . . . .
245
5.11 5.12 5.13
Der Begriff des Graphen Anwendungsmöglichkeiten der Graphentheorie Anwendung der Graphentheorie auf die Netzplantechnik . . .
245 248 250
5.131 Graph und Netzplan 5.132 Reihenfolge und Ordnung in einem konnexen, schleifenlosen, gerichteten Graphen 5.133 Ordnung der Knoten in Rängen an Hand der Matrix . . . . 5.134 Manuelle Ordnung der Knoten in Ränge im graphischen Netzplan
250
4.53 4.54 4.55
12
194 195
236
251 251 255
5.135 Algorithmen zur Ermittlung der optimalen Kostenkurve in Abhängigkeit von der Projektdauer 5.136 Wachsende Bedeutung der Graphentheorie
257 258
5.2
Die Metrapotentialmethode („MPM")
259
5.21 5.22 5.23 5.231 5.232 5.233
Die geschichtliche Entwicklung von MPM Die Logik der Darstellung bei MPM Die Aufstellung des Netzplanes Die Ausgangsdaten Das Zeichnen des Netzplanes Veränderungen im Netzplan
259 259 268 268 270 270
5.24 5.241 5.242 5.243
Die Zeitplanung nach MPM Die Grundlagen Die Durchrechnung Die Ausgabedaten
272 272 273 275
5.3
Precedence Diagramming (PD) von IBM
275
5.4
Netzpläne mit Entscheidungsereignissen („d&-network")
279
5.41 5.42 5.43 5.44
Der Entscheidungsknoten — db — decision box 279 Der ^-Netzplan und seine möglichen Endereignisse . . . . 281 Die Wahrscheinlichkeiten der möglichen Endereignisse . . . 285 Die Auswertungsmöglichkeiten 285
5.5
Die Reduktion von Netzplänen
286
5.51 5.52 5.53 5.54
Das Problem Die verschiedenen Typen der Knoten Algebra der Graphenreduktion Anwendung
286 288 290 296
5.6
„GERT" (Graphical Evaluation and Review Technique), die Reduktion allgemeinster Entscheidungsnetzwerke . . 299
5.61 Bedeutung und Anwendung von Entscheidungsnetzplänen und von „GERT" im besonderen 5.62 Die Kennzeichnung von GERT 5.621 Die Knoten 5.622 Die Pfeile 5.623 Merkmale und Vorteile von GERT
299 301 301 303 304 13
5.63 Die topologische Analyse von Netzwerken 5.64 Die theoretische Grundlegung von GERT 5.65 Das praktische Vorgehen bei GERT
Unterschiedliche betriebliche Möglichkeiten Die von der NPT betroffenen Stellen Die Unternehmensleitung Der Projektleiter Die Bereichsleitungen Die netzplantechnischen Stellen Die Datenverarbeitungsstelle (Computer) Finanzabteilung und Kostenrechnung Die Beschaffung (Einkauf)
323 324 324 329 329 330 330 331 331
6.2
Psychologische Voraussetzungen und Schulungsbedarf
331
6.3
Zur Wahl der netzplantechnischen Methoden
334
6.31 6.32 6.321 6.322 6.323
Merkmale der verschiedenen Programme und Methoden . . . 334 Zur Wahl der Methode und des Programmes 336 Die Rolle des Computers 336 Anforderungen vom Gegenstand des Projektes her 337 Anforderungen vom Informationsbedarf her 337
6.4
Zur Frage der Kostenplanung
6.41 Die klassischen netzplantechnischen Methoden 6.42 Der Trend in den USA 6.43 Das Vorgehen im eigenen Betrieb 6.5
Die Zerlegung, Verdichtung und Integration von Netzplänen
338 338 339 339 341
6.51 Die Teilung des Netzplanes 341 6.52 Die Verdichtung (Reduktion) eines Teilnetzes 343 6.53 Die Integration der reduzierten Teilnetze zu einem verdichteten Gesamtnetz 344 6.54 Die Zeitrechnung des reduzierten Gesamtnetzes 345 14
6.55 Die Zeitrechnung der Teilnetze unter Berücksichtigung der Zeitwerte für die Gelenkknoten 6.56 Die Netzplanverknüpfung durch Scheinvorgänge 6.57 Die maschinelle Durchrechnung der einzelnen Teilnetze . . . 6.58 Berücksichtigung der Kosten
347 347 351 354
6.6
355
Das Vorgehen in der Planungsphase
6.61 Überblick 6.62 Projektdefinition und Entwicklung 6.63 Die Projektgliederung und die Verschlüsselung der Vorgänge 6.64 Die Beschaffung der Eingabedaten 6.65 Der Ablauf der Planungsphase 6.7 6.71 6.72 6.73 6.74 6.75 7
355 356 358 361 361
Das Vorgehen in der Ausführungsphase (Contract-in-Process Phase) Überblick über die Ausführungsphase und ihre Probleme Die neuerliche Durchrechnung des Projektes Die von PERT/COST verwendeten Formulare Ablauf-Schema nach PERT/COST für die Ausführungsphase Vertragsbedingungen bei Anwendung der NPT
364 . . 364 365 368 375 377
Die Zeitplanung der Fertigung von Elektromotoren als einfaches typisches Beispiel der Durchrechnung eines Netzplanes
387
7.1
Vorbemerkungen zum folgenden Beispiel
387
7.2
Erläuterungen zum Beispiel
388
7.3
Die Ablaufplanung
390
7.31 7.32
Der Netzplanentwurf Der endgültige Netzplan und der „Blanko-Netzplan"
7.4
Die Zeitplanung
7.41 Der Fristen-Netzplan 7.42 Manuelle Durchrechnung des Fristenplanes 7.43 Manuelle Durchrechnung des Termin-Netzplanes
. . . .
390 392 392 392 392 394 15
7.5
Die maschinelle Durchrechnung des Zeitplanes
7.51 Vorbemerkungen zu den folgenden Programmabläufen . . . 7.52 Durchrechnung mit einem UCT (UNIVAC Calculating Tabulator) der Firma Remington Rand 7.521 Das CPM-1000-Programm 7.522 Das CPM-3000-Programm
394 394 395 395 400
7.53 Das LESS-Programm von IBM 7.54 Das für eine ZUSE-Rechenanlage Z 23 selbst erstellte CPM-Programm 7.55 Unser Beispiel nach PERT auf einer BULL-Anlage gerechnet
406 406
7.6
408
Die Terminüberwachung
7.61 Die Termineinplanung 7.62 Die Terminüberwachung und -Steuerung 7.63 Überwachung der Netzplantechnik selbst
402
408 410 412
8
Die Anwendung der Netzplantechnik auf Reparaturarbeiten eines kontinuierlich arbeitenden chemischen Betriebes 413
8.1
Einleitung
413
8.2
Planung und Vorbereitung
414
8.21 8.22 8.23 8.24 8.25
Art der Arbeiten Erfassung im Groben Erfassung im Detail Ergebnisse der ersten Auswertungen Praktische Folgerungen
414 414 420 421 423
8.3
Erstellung des Wärmetauschergesamtnetzplanes
428
8.31 Berücksichtigung des Schichtbetriebes 8.32 Berücksichtigung der verfügbaren Kapazitäten 8.33 Ergebnisse der Gesamtplanung
428 428 432
8.4
434
Durchführung und Überwachung
8.41 Vorbereitung und Unterlagen 8.42 Ablauf des Stops
434 440
8.5
441
16
Rückblick und Erfahrungen
9
Anwendung der Netzplantechnik bei der Projektierung kommunaler Bauvorhaben