Projektmanagement und Projektplanung II

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1 Foliensatz : / 43 Projektmanagement und Projektplanung II Wintersemester 28/9 Prof. Dr. Jürgen Zimmermann Matthias Walter, Technische Universität Clausthal Abteilung für Betriebswirtschaftslehre und Unternehmensforschung

2 Foliensatz : 2/ 43 Lehrveranstaltungsorganisation () Prof. Dr. Jürgen Zimmermann juergen.zimmermann@tu-clausthal.de Julius-Albert-Str. 2, Zimmer 2 Telefon: Sprechstunde: Mittwoch :3-2:3 Uhr Matthias Walter matthias.walter@tu-clausthal.de Julius-Albert-Str. 2, Zimmer 25 Telefon: Sprechstunde: nach Vereinbarung Zeiten und Räume: Vorl.: Do., 5:5-6:45 Uhr, Seminarraum I Erste Vorl.: Donnerstag, Vorlesungstermine: 3.., 6.., 3.., 2.., 27.., 4.2.,.2., 8.2., 8.., 5.., 22.., 29.., 5.2., 2.2. Prüfungsleistung: 9-minütige Klausur am Fr.,

3 Lehrveranstaltungsorganisation (2) Übungsbetrieb: 9-minütige Übung alle 4 Tage Gruppe : Di., :5-:45 Uhr, Mathe-Hörsaal A Gruppe 2: Termin nach Vereinbarung, Ort nach Bekanntgabe Übungstermine: Kalenderwoche 45, KW 47, KW 49, KW 5, KW 3, KW 5, KW 7 Wir bitten Sie, sich als Teilnehmer der Vorlesung im Stud.IP einzutragen. Auf diese Art und Weise können wir Sie bequem über aktuelle Hinweise zu der Vorlesung auf dem Laufenden halten. Zudem finden Sie dort das Skript und die Übungsblätter. Foliensatz : 3/ 43

4 Foliensatz : 4/ 43 Literatur zur Vorlesung Zimmermann, J., Stark, C., Rieck, J.: Projektplanung: Modelle, Methoden, Management, Springer, 26 Neumann, K., Schwindt, C., Zimmermann, J., Project Scheduling with Time Windows and Scarce Resources, Springer, 23

5 Problemmodellierung, Problemlösung Foliensatz : 5/ 43

6 PPI Was haben wir gemacht? Review Foliensatz : 6/ 43

7 Foliensatz : 7/ 43. Projektkonzeption: Projektauftrag Machbarkeitsstudie Aufwandsschätzung und Wirtschaftlichkeitsanalyse Risikoanalyse Projektselektion Prinzipielle Bausteine 2. Projektspezifikation: Aufbauorganisation Ablauforganisation Projektziele 3. Projektplanung: Strukturanalyse Zeit-, Ressourcen-, und Kostenanalyse Netzplantechnik Terminierung Rückkopplungen 4. Projektrealisation: Projektüberwachung Projektrückschau

8 Foliensatz : 8/ 43. Projektkonzeption: Projektauftrag Machbarkeitsstudie Aufwandsschätzung und Wirtschaftlichkeitsanalyse Risikoanalyse Projektselektion 2. Projektspezifikation: Aufbauorganisation Ablauforganisation Projektziele 3. Projektplanung: Strukturanalyse Zeit-, Ressourcen-, und Kostenanalyse Netzplantechnik Terminierung Rückkopplungen } Phasen und 2 sind bereits abgeschlossen 4. Projektrealisation: Projektüberwachung Projektrückschau

9 Foliensatz : 9/ 43 Fallstudie I: Bau des Eurotunnels (). Der Eurotunnel ist ein etwa 5 km langer Eisenbahntunnel unter dem Ärmelkanal. Er verbindet England mit Frankreich. Zahlen und Fakten 987 Baubeginn, 994 Bauende Der Tunnel ist 5,45 km lang, wobei 37,9 km unterseeisch verlaufen. Die durchschnittliche Tiefe ist 4 m unter dem Meeresgrund. Der Eurotunnel ermöglicht seit Mai 994 den Eisenbahntransport von Personen und Fahrzeugen. Fast sieben Millionen Passagiere nutzen die 35-minütige Reise durch den Tunnel jedes Jahr.

10 Foliensatz : / 43 Fallstudie I: Bau des Eurotunnels (2) Der Tunnelbau wurde von beiden Seiten (England, Frankreich) gleichzeitig vorangetrieben. Die Ingenieure verwendeten große Tunnelbohrmaschinen (TBM), dies sind bewegliche Aushöhlungsfabriken, die das Bohren und den Prozess des Abstützens der weichen und durchlässigen Tunnelwände mit Auskleidungselementen kombinieren. Parallel zur Arbeit mit den TBM wurde der Bauschutt abtransportiert und entsorgt. Nachdem die britische und die französische TBM nahe der Mitte eingetroffen waren, wurde die französische TBM abtransportiert, während die britische in den Felsen umgeleitet und dort zurückgelassen wurde. Danach erfolgte das Verlegen der Gleise durch den Eurotunnel.

11 Foliensatz : / 43 Strukturanalyse () Identifizierung von: Vorgängen und Ereignissen sowie Zeitbeziehungen zwischen den Vorgängen und Ereignissen Nr. Vorgang Projektstart Bohren aus Richtung Frankreich 2 Bohren aus Richtung Großbritannien 3 Abtransport Bauschutt Frankreich 4 Abtransport Bauschutt Großbritannien 5 Abtransport TBM Frankreich 6 Verlegen der Gleise 7 Bauabnahme

12 Foliensatz : 2/ 43 Strukturanalyse (2) Visualisierung der Zeitbeziehungen in einem MPM-Netzplan Bohren Frankreich Abtransport (FR) Abtransport TBM (FR) Projekt start Verlegen der Gleise Abnahme Bohren Großbritannien Abtransport (GB)

13 Foliensatz : 3/ 43 Zeit- und Ressourcenanalyse Erneuerbare Ressource: Mitarbeiter ( entspricht ) Projekt start Bohren Frankreich Abtransport (FR) Abtransport TBM (FR) Verlegung der Gleise 6 Abnahme 6 22 Bohren Großbritannien Abtransport (GB) 7 r i p i δ ij Vorgang i Vorgang j r j p j

14 Projektnetzplan Langfristriges Projekt, Dauer mehrere Jahre Ziel: Maximierung des Kapitalwertes MPM-Netzplan Legende: r i p i Vorgang i δ ij r j p j Vorgang j 7 c F i c F j Foliensatz : 4/ 43

15 Wiederholung: MPM-Netzpläne Zeitlicher Mindestabstand zwischen zwei Vorgängen i und j: i δ ij = T min ij j Zeitlicher Höchstabstand zwischen zwei Vorgängen i und j: i δ ji = T max ij j Beispiel: Vorgang 2 kann frühestens 4 Zeiteinheiten nach dem Start von Vorgang beginnen und muss spätestens 7 Zeiteinheiten nach dem Start von Vorgang beginnen. Foliensatz : 5/ 43

16 Wiederholung: MPM-Zeitplanung Frühester Startzeitpunkt ES i eines Vorgangs i: ES i = d i = die Länge eines längsten Weges von Knoten zu Knoten i Spätester Startzeitpunkt LS i eines Vorgangs i: LS i = d i = das Negative der Länge eines längsten Weges von Knoten i zu Knoten Gesamte Pufferzeit TF i (total float) eines Vorgangs i: TF i = LS i ES i Freie Pufferzeit EFF i (early free float) eines Vorgangs i: EFF i = min j Succ(i) (ES j δ ij ) ES i Freie Rückwärtspufferzeit LFF i (late free float) eines Vorgangs i: LFF i = LS i max (LS h + δ hi ) h Pred(i) Foliensatz : 6/ 43

17 Foliensatz : 7/ 43 Wiederholung: MPM-Zeitplanung für die Fallstudie I Vorgang i ES i LS i TF i EFF i 2 9 LFF i 2 2 Der Vorgang 4 (Abtransport Bauschutt GB) kann ausgehend von seinem frühesten Startzeitpunkt um 2 Zeiteinheiten verzögert werden, ohne die frühesten Startzeitpunkte seiner Nachfolger (Vorgänge 2 und 6) zu beeinflussen. Die Vorgänge und 2 (Bohren Frankreich und Bohren GB) können ausgehend von ihrem spätesten Startzeitpunkt um jeweils 2 Zeiteinheiten vorgezogen werden, ohne die spätesten Startzeitpunkte ihrer Vorgänger (Vorgänge und 3 bzw. Vorgänge und 4) zu beeinflussen.

18 Foliensatz : 8/ 43 Formulierung des Projektplanungsproblems unter Zeitrestriktionen Maximiere: 3e αs 4e αs 2 e αs 3 2e αs 4 e αs 5 5e αs 6 + 9e αs 7 unter den Nebenbedingungen: S = S S S 3 S S S 3 3 S 2 S 6 S 4 S 2 S 2 S 4 3 S 5 S 3 38 S 6 S 5 6 S 6 S 4 3 S 7 S 6 6 S S 7 7 Exaktes Lösungsverfahren: Verfahren des steilsten Anstiegs

19 Foliensatz : 9/ 43 Verfahren des steilsten Anstiegs () α =, ES = (,, 6,, 7, 39, 45, 6) f (ES) = 3,634. Iteration: Gerüst G: Bestimmung der Anstiegsrichtung z: i φ i,3,4,,2,,3,

20 Foliensatz : 2/ 43 Verfahren des steilsten Anstiegs (2) δ 7 = 5 Knoten 7 ist Senke; φ 7 Verschmelzen mit Knoten 6 φ 6 =,3, =,7 C(6) = {6,7} δ 6 = 4 Knoten 6 ist Senke; φ 6 Verschmelzen mit Knoten 5 φ 5 =,,7 =,6 C(5) = {5,6,7} δ 5 = 3 Knoten 5 ist Senke; φ 5 Verschmelzen mit Knoten 3 φ 3 =,,6 =,5 C(3) = {4,5,6,7} δ 3 = 2 Knoten 3 ist Senke; φ 3 Verschmelzen mit Knoten φ =,3,5 =,2 C() = {,3,4,5,6,7} δ 4 = 2 Knoten 4 ist Senke; φ 4 > z 4 = Teilgerüst C(4) wird verschoben δ = Knoten ist Senke; φ Verschmelzen mit Knoten φ =,2 =,2 C() = {,,3,4,5,6,7} δ 2 = Knoten 2 ist Senke; φ 2 > z 2 = Teilgerüst C(2) wird verschoben

21 Verfahren des steilsten Anstiegs (3) Bestimmung der Schrittweite λ Pfeile,2 und 2,4 aus Gerüst G eliminieren V S = {2,4} λ = {S 6 S 4 δ 46} = = 8 Teilgerüst C(4) um 8 ZE verschieben S 4 = = 5 V S = {2} λ = {S 4 S 2 δ 24} = 5 6 = 8 Teilgerüst C(2) um 8 ZE verschieben S 2 = = 4 Erhaltenes Gerüst G : S = (,,4,,5,39,45,6) f (S) = 2,734 Foliensatz : 2/ 43

22 Foliensatz : 22/ 43 Verfahren des steilsten Anstiegs (4) Bestimmung der steilsten Anstiegsrichtung z i φ i,3,3,,2,,3, δ 2 = 6 Knoten 2 ist Quelle Verschmelzen mit Knoten 4 φ 4 =,2 +,3 =,5 C(4) = {2,4} δ 4 = 5 Knoten 4 ist Quelle Verschmelzen mit Knoten 6 φ 6 =,3 +,5 =,8 C(6) = {2,4,6} δ 7 = 5 Knoten 7 ist Senke; φ 7 Verschmelzen mit Knoten 6 φ 6 =,8, =,2 C(6) = {2,4,6,7} δ 6 = 4 Knoten 6 ist Senke; φ 6 Verschmelzen mit Knoten 5 φ 5 =,,2 =, C(5) = {2,4,5,6,7} δ 5 = 3 Knoten 5 ist Senke; φ 5 Verschmelzen mit Knoten 3 φ 3 =,, = C(3) = {2,...,7} δ 3 = 2 Knoten 3 ist Senke; φ 3 Verschmelzen mit Knoten φ =,3 =,3 C() = {,...,7} δ = Knoten ist Senke; φ > z = z 2 = z 3 = z 4 = z 5 = z 6 = z 7 = Teilgerüst C() wird verschoben

23 Foliensatz : 23/ 43 Verfahren des steilsten Anstiegs (5) Bestimmung der Schrittweite λ Pfeil, aus dem Gerüst G eliminieren V S = {,...,7} λ = {S S 7 + 7} = = 9 Teilgerüst C() um 9 ZE verschieben S = 9, S 2 = 23, S 3 =, S 4 = 24, S 5 = 48, S 6 = 54, S7 = 7 Erhaltenes Gerüst G S = (,9,23,,24,48,54,7) f (S) = 2,4954

24 Verfahren des steilsten Anstiegs (6) Bestimmung der steilsten Anstiegsrichtung z i φ i,3,3,,2,,3,9 δ = 5 Knoten ist Quelle Verschmelzen mit Knoten 3 φ 3 =, +,3 =,4 δ 2 = 4 Knoten 2 ist Quelle Verschmelzen mit Knoten 4 φ 4 =,2 +,3 =,5 δ 3 = 4 Knoten 3 ist Quelle Verschmelzen mit Knoten 5 φ 5 =,5 +, =,6 δ 4 = 3 Knoten 4 ist Quelle Verschmelzen mit Knoten 6 φ 6 =,3 +,5 =,8 δ 5 = 3 Knoten 5 ist Quelle Verschmelzen mit Knoten 6 φ 6 =,6 +,8 =,4 δ 6 = 2 Knoten 6 ist Quelle Verschmelzen mit Knoten 7 φ 7 =,9 +,4 =,5 δ 7 = Knoten 7 ist Quelle Verschmelzen mit Knoten φ = +,5 =,5 z = (,,,,,,,) Abbruch! Foliensatz : 24/ 43

25 Ressourcenprofil S = (,9,23,,24,48,54,7) r(s,t) t Problem: 5 Mitarbeiter stehen zur Verfügung unzulässige Lösung! Foliensatz : 25/ 43

26 Strategisch Taktisch Operativ Fallstudie I Fallstudie II Fallstudie III (s. Übung) Ziele NPV RI, RD, RL PD, MFT, WST Projektplanung Exaktes Exaktes Verfahren: Exaktes Verfahren Verfahren: Gerüstbasierter Enu- für PD, MFT: ES unter Steilstes merationsansatz Bestimmung Zeit- Anstiegsverfahrefahren: Heuristisches Ver- Exaktes Verfahren für restriktio- Pri- WST: Lösung des dualen nen oritätsregelverfahren Problems (kostenminimales Flussproblem) Projektplanung Exaktes Heuristisches Ver- Exaktes Verfahren für Verfahren: fahren: Pri- PD: Branch-and-Bound unter Relaxoritätsregelverfahren Verfahren, Relaxationsbasierter Zeit- und Ressourationsbasierteansatz Enumerations- cenrestriktionetionsansatfahren Enumera- Heuristisches Veroritätsregelverfahren für PD: Pri- Exaktes Verfahren für MFT, WST: Relaxationsbasierter Enumerationsansatz Foliensatz : 26/ 43

27 Foliensatz : 27/ 43 Fallstudie II: Einteilung der Mitarbeiter in einer Beratungsfirma () Die Beratungsfirma Systemtech hat momentan drei Firmenaufträge: Firma A möchte eine Projektplanungssoftware einführen. Dazu ist zunächst eine Marktstudie anzufertigen und dann eine geeignete Software auszuwählen. Danach muss die Software auf den Computern der Firma A installiert und getestet werden. Dabei sind unterschiedliche Nutzungsrechte zu vergeben und Schnittstellen u. a. zu SAP bereitzustellen. Schließlich sind die Mitarbeiter der Firma A zu schulen. Firma B benutzt bereits die Software MS Project 23 und beauftragt die Beratungsfirma Systemtech die Software auf die Version MS Project 27 zu aktualisieren. Firma C hat gerade neue Azubis eingestellt und engagiert die Beratungsfirma, um die Azubis auf die Arbeit mit der dortigen Projektplanungssoftware vorzubereiten.

28 Foliensatz : 28/ 43 Strukturanalyse () Identifizierung von: Vorgängen und Ereignissen sowie Zeitbeziehungen zwischen den Vorgängen und Ereignissen Nr Vorgang Start der Planung Auswahl der Software für Firma A 2 Einführung der Software in Firma A 3 Schulung der Mitarbeiter Firma A 4 Update von MS Project in Firma B 5 Schulung der Azubis in Firma C 6 Ende der Planung

29 Foliensatz : 29/ 43 Strukturanalyse (2) Visualisierung der Zeitbeziehungen in einem MPM-Netzplan Software Update Firma B Start Planung Auswahl Software Firma A Einführung Software Firma A Schulung Mitarbeiter Firma A Ende Planung Schulung Azubis Firma C

30 Foliensatz : 3/ 43 Zeit- und Ressourcenanalyse Erneuerbare Ressource: Mitarbeiter Start Planung Auswahl Software Firma A 4 4 Software Update Firma B 3 2 Einführung Software Firma A 2 3 Schulung Mitarbeiter Firma A Ende Planung 6 Schulung Azubis Firma C 2 6 Legende: p i Vorgang i δ ij p j Vorgang j r i r j

31 Projektnetzplan Mittelfristriges Projekt, Dauer ca. ein Jahr Ziel: RI, RD oder RL 4 4 MPM-Netzplan Legende: p i Vorgang i δ ij p j Vorgang j r i r j Foliensatz : 3/ 43

32 Formulierung des Projektplanungsproblems unter Zeitrestriktionen Ressourceninvestmentproblem Minimiere: z unter den Nebenbedingungen: z x + 3x 4 + 2x 5 (t = ) z x + 2x 2 + 3(x 4 + x 4) + 2(x 5 + x 5) (t = ) z x 2 + 2(x 2 + x 22) + 3(x 4 + x 4 + x 42) + 2(x 5 + x 5 + x 52) (t = 2) z x 3 + 2(x 22 + x 23) + 2x (x x 43) + 2(x x 53) (t = 3) z x 4 + 2(x 23 + x 24) + 2x (x x 44) + 2(x x 54) (t = 4) z x 5 + 2(x 24 + x 25) + 2x (x x 44) + 2(x x 54) (t = 5) z x 6 + 2(x 25 + x 26) + 2x (x 43 + x 44) + 2(x x 54) (t = 6) z 2(x 26 + x 27) + 2x x (x x 54) (t = 7) z 2x x (x 53 + x 54) (t = 8) z 2x (x 54) (t = 9) x = x + x + x 2 + x 3 + x 4 + x 5 + x 6 = x 2 + x 22 + x 23 + x 24 + x 25 + x 26 + x 27 = x 33 + x 34 + x 35 + x 36 + x 37 + x 38 + x 39 = Foliensatz : 32/ 43

33 Foliensatz : 33/ 43 Formulierung des Projektplanungsproblems unter Zeitrestriktionen x 4 + x 4 + x 42 + x 43 + x 44 = x 5 + x 5 + x 52 + x 53 + x 54 = x 66 + x 67 + x 68 + x 69 + x 6, = x 4 + 2x x x 44 x 4 2x 42 3x 43 4x x x x x 69 + x 6, x 4 2x 42 3x 43 4x 44 4 x + 2x 2 + 3x 3 + 4x 4 + 5x 5 + 6x 6 x 5 + 2x x x 54 x 2 + 2x x x x x x 27 x 2x 2 3x 3 4x 4 5x 5 6x 6 3x x x x x x x 39 x 2 2x 22 3x 23 4x 24 5x 25 6x 26 7x 27 2 x 2 + 2x x x x x x 27 3x 33 4x 34 5x 35 6x 36 7x 37 8x 38 9x x x x x 69 + x 6, 3x 33 4x 34 5x 35 6x 36 7x 37 8x 38 9x 39 6x x x x 69 + x 6, x 5 2x 52 3x 53 4x x 66 7x 67 8x 68 9x 69 x 6,

34 Foliensatz : 34/ 43 Formulierung des Projektplanungsproblems unter Zeitrestriktionen z x it {,}, i =,...,6, t W i Exakte Lösung des Problems mit Hilfe eines Solvers wie z. B. Lingo oder CPLEX in Verbindung mit GAMS möglich. S = (,,7,9,,4,) r(s,t) t Es sind maximal vier Mitarbeiter gleichzeitig aktiv.

35 Foliensatz : 35/ 43 Wiederholung: Zeitzulässiger Bereich () Ein Schedule S ist ein Vektor von Startzeitpunkten, der jedem Vorgang eines Projektes einen Startzeitpunkt zuweist. Der zeitzulässige Bereich S T eines Projektplanungsproblems umfasst alle zeitzulässigen Schedules. Der zeitzulässige Bereich S T ist ein konvexes Polytop, dessen Begrenzungslinien in binärer Richtung verlaufen, parallel zu den Koordinatenachsen oder zu den Winkelhalbierenden. Die Ecken des konvexen Polytops werden auch als Extremalpunkte bezeichnet. Der zeitzulässige Bereich S T besitzt einen eindeutigen Minimalpunkt, den ES Schedule, und einen eindeutigen Maximalpunkt, den LS Schedule.

36 Foliensatz : 36/ 43 Wiederholung: Zeitzulässiger Bereich (2) Beispiel: Gegeben ist der folgende Projektnetzplan: Legende: p i p j δ ij i j i ES i 4 6 LS i TF i 5 5

37 Foliensatz : 37/ 43 Wiederholung: Zeitzulässiger Bereich (3) S S 2 Schnitt des zeitzulässigen Bereiches S T : 5 S 2 ES LS 5 S

38 Foliensatz : 38/ 43 Wiederholung: Ordnungspolytop () Für den Projektnetzplan des Beispiels sei der Schedule S = (,2,4,4,6) gegeben. Zugehöriges Gantt-Chart: 3 2 t Der Schedule S induziert die Ordnung O(S) = {(,2),(,3)}. Die beiden entsprechenden Vorrangbeziehungen lauten S 2 S p und S 3 S p. Daraus ergibt sich der folgende Ordnungsnetzplan N(O(S)): Legende: p i p j δ ij i j

39 Foliensatz : 39/ 43 Wiederholung: Ordnungspolytop (2) Die Menge aller zeitzulässigen Schedules, die die durch die Ordnung O(S) induzierten Vorrangbeziehungen einhalten, bilden das Ordnungspolytop S T (O(S)) (auch Schedulepolytop genannt). S S 2 Schnitt des Ordnungspolytops S T (O) (schraffiert): 5 S 2 ES LS 5 S

40 Foliensatz : 4/ 43 Wiederholung: Zielfunktionen Kurzbezeichnung (PD) (MFT) (WST) (E+T) (NPV) (RI) (RD) (RL) Ziel Minimierung der Projektdauer Minimierung der mittleren Durchlaufzeit Minimierung der Summe gewichteter Startzeitpunkte Minimierung der Verfrühungs- und Verspätungskosten Maximierung des Kapitalwerts Minimierung der Ressourcenbereitstellungskosten Minimierung der Ressourcenüberschreitungskosten Gleichmäßige Auslastung der Ressourcen

41 Foliensatz : 4/ 43 Wiederholung: Zielfunktionen und ausgezeichnete Punkte In der Regel kommen nur ausgzeichnete Punkte des zeitzulässigen Bereichs S T als Kandidaten für eine optimale Lösung des zugrunde liegenden Problems in Frage: Zielfunktion Beispiele ausgezeichnete Punkte von S T regulär (PD), (MFT) Minimalpunkt von S T linear (WST) Extremalpunkte von S T binärmonoton (NPV) Extremalpunkte von S T lokal regulär (RI) Minimalpunkte von S T (O(S)) lokal konkav (RD), (RL) Extremalpunkte von S T (O(S))

42 Foliensatz : 42/ 43 Übersicht () Projektmanagement. Grundlagen des Projektmanagements.2 Projektkonzeption.3 Projektspezifikation.4 Projektplanung.5 Projektrealisation 2 Projektplanung unter Zeitrestriktionen 2. Problemformulierung und Ziele 2.2 Exaktes Lösungsverfahren für PD, MFT 2.3 Exaktes Lösungsverfahren für WST 2.4 Exaktes Lösungsverfahren für NPV

43 Foliensatz : 43/ 43 Übersicht (2) 3 Projektplanung unter Zeitrestriktionen 3. Review 3.2 Heuristisches Lösungsverfahren für RI, RL, RD 4 Projektplanung unter Zeit- und Ressourcenrestriktionen 4. Problemformulierung 4.2 Exaktes Lösungsverfahren für PD 4.3 Exaktes Lösungsverfahren für MFT, WST, NPV 4.4 Heuristische Lösungsverfahren für PD 4.5 Heuristisches Lösungsverfahren für RI, RL, RD 5 Softwaresysteme für die Projektplanung

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