43. Модель сетевого планирования. Методы срн и pert.
Выполнение комплексных научных исследований, а также проектирование и строительство промышленных, сельскохозяйственных и транспортных объектов требуют календарной увязки большого числа взаимосвязанных работ, выполняемых различными организациями. Составление и анализ соответствующих календарных планов представляют собой весьма сложную задачу, при решении которой применяются так называемые методы сетевого планирования. По существу, этот метод дает возможность определить, во-первых, какие работы или операции из числа многих, составляющих проект, являются «критическими» по своему влиянию на общую календарную продолжительность проекта и, во-вторых, каким образом построить наилучший календарный план проведения всех работ по данному проекту с тем, чтобы выдержать заданные сроки при минимальных затратах. Сетевой моделью (СМ) называется экономико-математическая модель, отражающая весь комплекс работ и событий, связанных с реализацией проекта в их логической и технологической последовательности и связи. В СПУ применяются связные, ориентированные графы без циклов, имеющие одну начальную и одну конечную вершину. Основные понятия сетевой модели: событие, работа, путь. Работа характеризует любое действие, требующее затрат времени или ресурсов. Работами считаются и процессы, не требующие затрат времени и ресурсов, а устанавливающие зависимости выполнения работ. Такие работы называются фиктивными. Работа обозначается парой чисел (i,j) где i – номер события, являющимся начальным для данной работы, j – номер события, являющимся конечным для данной работы, в которое она входит. Работа не может начаться раньше, чем свершится событие, являющееся для нее начальным. Каждая работа имеет свою продолжительность t(i,j). Работы на графах обозначаются дугами (стрелками), фиктивные работы обозначаются пунктирными стрелками. Событиями называются начало или завершение одной или нескольких работ. Они не имеют протяженности во времени. Событие совершается в тот момент, когда оканчивается последняя работа, входящая в него. На графе события изображаются кружками, внутри которых записывается номер события. В моделях СПУ имеется одно начальное событие (номер 0), одно конечное событие или завершающее (номер N) и промежуточные события (номер i). В графической интерпретации сетевой модели работы представляются дугами, а события – вершинами графа. Путь – цепочка следующих друг за другом работ (дуг), соединяющих начальную и конечную его вершины. Полный путь L – путь, начало которого совпадает с начальным событием сети, а конец – с завершающим. Продолжительность пути определяется суммой продолжительностей составляющих его работ. Путь, имеющий максимальную продолжительность, называют критическим (обозначение Lкр). Продолжительность критического пути обозначается как tкр_. Работы, принадлежащие критическому пути, называются критическими. Их несвоевременное выполнение ведет к срыву сроков всего комплекса работ.
Характеристики событий: 1.Ранний срок свершения события tp(0) = 0, tР(j) =тахitр(i) + t(ij)>, j=1—N характеризует самый ранний срок завершения всех путей, в него входящих. Этот показатель определяется «прямым ходом» по графу модели, начиная с начального события сети. 2.Поздний срок свершения события tп(N) = tр(N), tп (i) = minj <(tп(j)–t(ij)>, i=1—(N-1) характеризует самый поздний срок, после которого остается ровно столько времени, сколько требуется для завершения всех путей, следующих за этим событием. Этот показатель определяется «обратным ходом» по графу модели, начиная с завершающего события сети. 3. Резерв времени события R(T) = tп(i) – tр(i) показывает, на какой максимальный срок можно задержать наступление этого события, не вызывая при этом увеличения срока выполнения всего комплекса работ. Резервы времени для событий на критическом пути равны нулю, R(i) = 0.
- Характеристики работы(i,j):1.Ранний срок начала работы:.2.Ранний срок окончания работы:.3.Поздний срок начала работы:.4.Поздний срок окончания работы:.5Резервы времени работ:• полный резерв– максимальный запас времени, на который можно отсрочить начало или увеличить длительность работы без увеличения длительности критического пути. Работы на критическом пути не имеют полного резерва времени;• частный резерв– часть полного резерва, на которую можно увеличить продолжительность работы, не изменив позднего срока ее начального события;•свободный резерв– максимальный запас времени, на который можно задержать начало работы или (если она началась в ранний срок) увеличит ее продолжительность, не изменяя ранних сроков начала последующих работ;•независимый резерв – – запас времени, при котором все предшествующие работы заканчиваются в поздние сроки, а все последующие – начинаются в ранние сроки. Использование этого резерва не влияет на величину резервов времени других работ.
Характеристики путей:Продолжительность пути равна сумме продолжительностей составляющих ее работ. Резерв времени пути равен разности между длинами критического пути и рассматриваемого пути. Резерв времени пути показывает, на сколько может увеличиться продолжительность работ, составляющих данный путь, без изменения продолжительности срока выполнения всех работ. В сетевой модели можно выделить так называемый критический путь. Критический путь Lкр состоит из работ (i,j), у которых полный резерв времени равен нулю Rп(i,j)=0, кроме этого, резерв времени R(i) всех событий i на критическом равен 0. Длина критического пути определяет величину наиболее длинного пути от начального до конечного события сети и равна . Заметим, что в проекте может быть несколько критических путей.
Метод СРМ. Исходным шагом для применения метода CPM является описание проекта в виде перечня выполняемых работ с указанием их взаимосвязи. Для описания проекта используются два основных способа: табличный и графический. Рассмотрим следующую таблицу, описывающую проект.
Непосредственно предшествующая работа
Определение критического пути
Будем предполагать, что время выполнения каждой работы точно известно. Введем следующие определения.
Путь— последовательность взаимосвязанных работ, ведущая из одной вершины проекта в другую вершину. Например (см. Рисунок 48), и – два различных пути.
Рисунок 48. Различные пути на сетевом графике
Длина пути— суммарная продолжительность выполнения всех работ пути.
Полный путь— это путь от исходного к завершающему событию.
Критический путь— полный путь, суммарная продолжительность выполнения всех работ которого является наибольшей.
Очевидно, что минимальное время, необходимое для выполнения любого проекта равно длине критического пути. Именно на работы, принадлежащие критическому пути, следует обращать особое внимание. Если такая работа будет отложена на некоторое время, то время окончания проекта будет отложено на то же время. Если необходимо сократить время выполнения проекта, то в первую очередь нужно сократить время выполнения хотя бы одной работы на критическом пути.
Для того, чтобы найти критический путь, достаточно перебрать все пути и выбрать тот, или те из них, которые имеют наибольшую суммарную продолжительность выполнения работ. Однако для больших проектов реализация такого подхода связана с вычислительными трудностями. Метод критического пути (метод CPM — Critical Path Method) позволяет получить критический путь намного проще.
Расчет сетевой модели начинают с временных параметров событий, которые вписывают непосредственно в вершины сетевого графика (Рисунок 49):
–ранний срок наступления события i, минимально необходимый для выполнения всех работ, которые предшествуют событию i;- –поздний срок наступления события i, превышение которого вызовет аналогичную задержку наступления завершающего события сети;
- –резерв события i, т.е. время, на которое может быть отсрочено наступление события i без нарушения сроков завершения.
–ранний срок наступления события i, минимально необходимый для выполнения всех работ, которые предшествуют событию i;
–поздний срок наступления события i, превышение которого вызовет аналогичную задержку наступления завершающего события сети;
–резерв события i, т.е. время, на которое может быть отсрочено наступление события i без нарушения сроков завершения.
Рисунок 49. Параметры событий Ранние сроки наступления событий рассчитываются от исходного (S) к завершающему (F) событию следующим образом:
- для исходного события S: ;
- для всех остальных событий i: ,
;
, где максимум берется по всем работам (k,i), входящим в событие i; 
— длительность работы (k,i) (см. Рисунок 50). 
Рисунок 50. Ранние сроки наступления событий Поздние сроки наступления событий 
рассчитываются от завершающего к исходному событию:
- для завершающего события F: ;
- для всех остальных событий i: ,
;
, где минимум берется по всем работам (i,j), выходящим из события i; 
— длительность работы (i,j) (см. Рисунок 51). 
Рисунок 51. Поздние сроки наступления событий Условия критичности пути:
- необходимое условие: нулевые резервы событий, лежащих на критическом пути ;
- достаточное условие: нулевые полные резервы работ, лежащих на критическом пути .— показывает максимальное время, на которое можно увеличить длительность работы (i,j) или отсрочить ее начало, чтобы не нарушился срок завершения проекта в целом.
;
.
— показывает максимальное время, на которое можно увеличить длительность работы (i,j) или отсрочить ее начало, чтобы не нарушился срок завершения проекта в целом.Пример Рассмотрим пример. Компания разрабатывает строительный проект. Исходные данные по основным операциям проекта представлены в таблице. Нужно построить сетевую модель проекта, определить критические пути и проанализировать, как влияет на ход выполнения проекта задержка работы D на 4 недели.
| Работа | Непосредственно предшествующая работа | Длительность, недели |
| A | — | 4 |
| B | — | 6 |
| C | A, B | 7 |
| D | B | 3 |
| E | C | 4 |
| F | D | 5 |
| G | E,F | 3 |
Сетевой график проекта показан на рисунке ниже (см. Рисунок 52). 
Рисунок 52. Пример. Сетевой график проекта Согласно необходимому условию два полных пути сетевой модели (см. Рисунок 52) 
и
могут быть критическими. Проверим достаточное условие критичности для работ (1,2) и (1,3) 
, 
. Путь 
, начинающийся с работы (1,3) не является критическим, т.к. поскольку как минимум одна из его работ не является критической. Работа (1,3) имеет ненулевой полный резерв, а значит может быть задержана с выполнением, что недопустимо для критических работ. Таким образом, сетевая модель имеет единственный критический путь 
длительностью 20 недель. За выполнением работ этого пути необходим особый контроль, т.к. любое увеличение их длительности нарушит срок выполнения проекта в целом. Работа D или (2,5) не является критической, ее полный резерв равен 3-м неделям. Это означает, что при задержке работы в пределах 3-х недель срок выполнения проекта не будет нарушен. Поэтому если согласно условию работа D задержится на 4 недели, то весь проект закончится на 1 неделю позже.