基于关键链的客船空调通风项目技术管理

徐谦 田正军 吉春正 赵自兵

(招商局邮轮研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

空调通风(HVAC)项目技术管理的负责人通常是有比较深厚工程技术背景的工程师，但往往过于注重项目进行中的专业技术问题，而不注重管理方法。客船HVAC项目是一项技术复杂、参与人员多、时间周期长、涉及专业多、不确定因素多的系统工程，缺少科学的管理方法，最后很可能导致设计计划全面拖期、设计反复修改、设备参数无法固化及交货拖期等一系列问题，工作难以推进，进而影响整个客船的设计进程。

科学的项目管理是确保技术任务圆满完成的重要环节，HVAC项目技术管理的负责人很有必要对项目管理方法进行研究。关键链项目管理(CCPM)方法是一个很好的选择，可以明显降低项目受不确定因素影响的程度，有效改善项目计划的执行环境，缩短项目周期[1]。

本文结合客船HVAC项目技术管理的实践经验，科学地运用关键链(Critical Chain)解决实际难题，通过识别关键链、设置缓冲，管理缓冲对整个HVAC项目技术管理进行优化，文中还首次提出设计缓冲，用于减少不确定因素对设计的影响。

1 客船HVAC项目技术管理的工作分析

1.1 客船HVAC项目的组成

客船HVAC项目复杂且庞大，需要运用工作分解结构(WBS)进行分解，先根据技术差异将HVAC项目分解成几个大的系统，主要有通风系统、水系统和电气系统，接着再分解成各类设备及附件，大的有冷水机组、中央空调箱，小的有各类阀附件、通风附件等，还有各种电气箱等。HVAC项目分解结构，见图1。

图1 HVAC分解结构

1.2 专业之间的协调

HVAC项目是客船设计的重要部分，与其他专业有复杂的相关性，各个专业之间连接紧密，而且相互制约。一方面，HVAC项目设计是其他专业设计的输入且需要尽快推进；另一方面，HVAC项目设计受制于其他专业的资料，所以需要消耗大量的时间进行专业之间的相互协调，主要协调内容见表1。

表1 专业之间的协调内容

1.3 不确定因素多

HVAC项目设计过程中面临很多不确定因素，在技术条件不清晰的情况下通常需要长时间的修改来对设计进行持续的优化和完善，主要有以下几个方面：

设计输入条件的变化导致HVAC项目设计反复修改。比如总图的修改，船东要求对公共区重新分区，导致空调系统的分区要随之修改。

设计输入的缺少导致空调系统无法完整地做完设计。比如客船厨房设备资料的缺失和电气设备散热量缺失而导致在HVAC项目开始设计时先要预估，等后面资料来了，再进行设计更新。

为了满足内装美观的要求而要对空调系统的设计进行修改。比如公共区天花板的形式会影响空调的送风和回风等。

1.4 团队之间的协调

HAVC项目技术工作中参与的人员多，包含船东船级社、多个设计团队和厂家，见图2。项目中存在技术人员的资源约束和依赖关系，技术骨干需要同时承担几个项目的工作，且技术人员通常具有局部最优的观念，对自己的设计图精益求精，局部设计时间消耗过长，造成下道设计工序无法尽快开展。

图2 团队之间的协调

1.5 前后工序的相互影响

前道工序会影响后道工序，而在HVAC项目技术管理过程中，普遍存在后道工序会对前道工序产生影响，使前道工序需要修改。比如详细设计是生产设计的前道工序，但是经常需要根据生产设计反馈的问题进行修改，因为空调风管的尺寸大而多，生产设计很难完全按照详细设计的设计图来建模，需要反馈给详细设计进行设计图更改，双方需要反复协调才能完成风管布置，并满足功能要求。

2 关键链项目管理方法

CCPM是约束理论(TOC)在项目管理方面的具体应用，其提出者Goldratt是一名物理学家，他提出的管理方法浅显易懂且逻辑严密，非常容易让广大工程师接受。CCPM强调整体最优，注意平衡资源冲突，考虑人的心理对行为的影响。由于学生综合征、帕金森定律、级联效应、多任务、资源受限、相互关联等，在不确定环境下，项目执行过程中会面临各种各样的干扰因素[2]。CCPM运用设置缓冲的方法，把工序中的安全时间收集起来放在关键链中，用于吸收项目中的不确定因素，保护关键链,因此缓冲的设置和管理是CCPM的核心[3]。

CCPM运用中有3种形式的缓冲：项目缓冲(Project Buffer，PB)，输入缓冲(Feeding Buffer，FB)，资源缓冲(Resource Buffer，RB)[4]。

3 关键链的识别

依据HVAC项目技术管理中各工序的资源约束和逻辑关系约束，进行整个过程中关键链的识别。先识别关键路径，考虑各工序的执行逻辑约束，再对产生资源冲突的任务进行调整，特别需要考虑关键资源约束[5]。

HVAC项目技术管理的工作主要包括6个部分：合同前、技术协议谈判、基本设计、详细设计、生产设计和安装调试，其具体的工作内容见表2。

表2 HVAC项目技术管理的主要内容

考虑HVAC项目技术管理存在的资源约束，主要是技术工程师和设备资料，根据工序的紧前关系，构建网络图，见图3，其中最长的路径即关键链。HVAC项目技术管理的关键链是：合同前→技术协议谈判→基本设计→设备资料→详细设计→生产设计→安装调试。

图3 HVAC项目技术管理的关键链

4 缓冲的设置

HVAC项目技术管理的各个工序之间没有严格的时间界线，根据各个工序的持续时间，绘制甘特图(图4)，普遍存在上一个工序没有完成时，下一个工序就已经开始了。比如在详细设计中，第1版的空调风管布置图绘制出来后，生产设计就开始了，而此图的详细设计工作还在继续，船东船级社的意见和输入条件变化等带来的设计图更新所花的时间远大于第1版设计图绘制的时间。这种在工序与工序之间缺少明确界线的情况，不便于对每道工序的时间缓冲进行管理，而在整个关键链尾部设置整合的项目缓冲可以简单有效地解决这个问题。生产设计的结束是HVAC项目技术管理的重要节点，在生产设计后设置项目缓冲可以对整个技术管理过程进行有效的监控。

图4 HVAC项目技术管理的甘特图

根据墨菲法则，人们对工期的估计是一个向右倾的概率分布，见图5。由于考虑到个人的安全,人们不会选择实际最有可能完成的工期，通常选择容易准时完成的工期(95%概率)估计,而这要比50%概率准时完成的工期估计大很多,为此把两者时间估计之差作为工序的安全缓冲,从全局和系统的观点出发,将其放在工序路经的尾端，集中使用[6]。

图5 工期预估的概率分布图

按照Goldratt的研究，时间缓冲量的大小等于安全时间之和的一半，公式如下[7]

T=(1/2)ΣΔt

式中，T为缓冲的时间长度；Δt为各个工序的安全时间。

CCPM把整个HVAC项目技术管理比作一条链条，链条的强度取决于最脆弱的环[8]。确定关键链上的瓶颈，就等于找到了最脆弱的环，通过设置缓冲来对瓶颈进行加强。利用TOC约束理论的5个基本步骤对关键链进行分析，见表3。

表3 TOC约束理论的5个基本步骤

图6 详细设计的分解结构图

根据表3，为了保护关键链的瓶颈(详细设计)，在非关键链分支上的船东船级社设计图送审后插入输入缓冲，用于监控设计图送审进度和船东船级社设计图意见，在详细设计前的关键链上插入资源缓冲，让瓶颈资源(技术工程师和设备资料)提前做好准备，关键链上的缓冲布置见图7。

图7 关键链上的缓冲布置

5 缓冲的管理

缓冲的管理是为了实现项目跟踪监控，对项目整体任务进度进行监控，可以使不确定因素对关键链的影响最小[9]。

缓冲的消耗情况是与项目的进程相关联的，越到项目的后期，消耗的缓冲会越多。在HVAC项目技术管理中，把项目缓冲消耗平均分成3个部分，见图8横轴，把3个关键工序(技术协议谈判，详细设计，生产设计)的进展标记在图8竖轴上，使用绿色、黄色、红色来对缓冲的消耗情况进行分类。

图8 缓冲管理颜色分区

缓冲管理的重点是根据图8中不同的颜色，采取不同的措施[10]：

在绿色区，表明任务的执行进度良好，按原进度实施即可。

在黄色区，表明任务执行发生问题，技术管理负责人需要核查并加强进度监控。

在红色区，表明任务执行出现了严重问题，必须马上采取实际行动。

6 设计缓冲

冷水机组是HVAC项目中最核心的设备，一方面，冷水机组的资料对其他专业的设计影响很大，是冷却水系统、电气系统，机舱布置图等的重要设计输入，而且冷水机组体积很大，需要预埋，生产周期也很长，需要尽快进行技术确认；另一方面，由于受设计输入(总图，玻璃布置图，安全返港导则，公共区人数，厨房布置图，电气设备散热量等)的影响，空调负荷计算书一直在更新，冷水机组的参数一直在变化，于是冷水机组的资料也需要一直更新。冷水机组资料的修改不仅导致本专业的详细设计和生产设计的修改，而且还导致其他专业的设计修改，而不修改就会影响设计的准确性，其冲突见图9。

图9 修改冷水机组的冲突图

面对这个冲突，结合CCPM的项目管理思想，在空调负荷计算中添加一定的余量，在项目进行中对这些余量进行监控，比如在合同前，按照总图和规格书估算得到空调制冷总负荷是2000kW，于是可添加20%的余量，然后对冷水机组进行选型，接着核查机舱的空间是否合适，而这个20%余量就是设计缓冲。由于这个设计缓冲的存在，冷水机组的参数不会一直随着设计输入条件的修改而修改，从而减少了不确定性对设计的影响。

设计缓冲也可以有效地解决上道工序受下道工序影响的问题，风机等设备参数会因为生产设计的变化而修改，见图10，在风机选型的过程中加入一定的设计缓冲，可以减少风机型号的反复修改，有效地减少设计的工作量。

图10 风机选型流程图

设计缓冲的运用，减少了HVAC项目技术管理中不确定因素对系统设计的影响，加快了设备参数的确定，通过监控设计缓冲的消耗情况可对设备进行管理。在不同的阶段，设备的设计缓冲量是不同的，越到后期可以越小，HVAC项目中主要需要添加设计缓冲的有空调总负荷、风机、水泵等，见表4。

表4 HVAC项目的设计缓冲 (单位：%)

7 结语

近年来，越来越多的客船在国内建造，客船复杂的HVAC项目给国内的船厂带来了很多困难，无论在技术上还是管理上都有必要对HVAC系统进行研究。笔者在客船HVAC项目技术管理实际工作中，越来越发现项目管理方法的重要性，CCPM是非常贴合实际的方法选择。本文详细介绍了CCPM在HVAC项目技术管理中的运用，重点研究了项目缓冲、输入缓冲、资源缓冲，并第一次提出了设计缓冲，有较高的实践性，可供广大从事项目技术管理的工程师参考。