Optimierung dynamischer Ablaufpläne in Microsoft Project

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1 Freie Universität Berlin Fachbereich Mathematik und Informatik Institut für Informatik Optimierung dynamischer Ablaufpläne in Microsoft Project Yuri Lewash eingereicht bei: Dr. Matthias Horn Wintersemester 2016/2017

2 Inhaltsverzeichnis 1 Dynamische Ablaufpläne 2 2 Möglichkeiten für Optimierungen 3 3 Optimierung nach Zeit 5 4 Optimierung nach Zeit und Kosten 6 5 Optimierung nach Zeit, Kosten und Ressourcen 7 1 Dynamische Ablaufpläne Für Projektmanager gibt es mehrere Gründe dynamische Ablaufpläne 1 zur besseren Vorhersage ihrer Projekte zu erstellen: Änderungen entstehen in Projekten so oft, dass es schwierig ist, sie in die Planung einzubeziehen. Ist ein Ablaufplan nicht dynamisch, muss er komplett nachgeprüft werden, sobald irgendwo eine Änderung vorgenommen wird. Da dies sehr zeitaufwendig ist, kann man dazu neigen, solche Aktualisierungen im Laufe des Projekts einzustellen. Um Was-wäre-wenn-Szenarios in MS Project zu modellieren, müssen Ablaufpläne dynamische Modelle sein. Bei vielen Einschränkungen 2 wird es nicht leicht, die Auswirkungen vorgeschlagener Lösungen einzuschätzen. In einem typischen Projekt gibt es zahlreiche Abweichungen, die ausgeglichen werden müssen. Ablaufpläne von Unterprojekten müssen ebenfalls dynamische Modelle sein, damit sie ohne großen zeitlichen Aufwand in den Hauptplan übernommen werden können. Potenzielle Probleme, die dabei erkennbar werden, lassen sich mit den erwähnten Was-wäre-wenn-Szenarios leichter beseitigen. Auch für Ablaufplan-Simulationen von quantitativer Risikoanalyse sind dynamische Modelle notwendig. Monte-Carlo-Simulationen 3 sind dabei für realistischere Vorhersagen unerlässlich. [Uyt05] In seinem Vorwort in [AL15] schreibt der US-amerikanische Managementberater Dr. Harold Kerzner, heutzutage sei es nicht mehr möglich zu erwarten, dass der Abaufplan bis zum Projektende noch der gleiche bleibt wie er bei der Vorbereitung am Projektanfang erstellt wurde. Die Anforderungen in den Unternehmen überholen statische Standard-Planungen und benötigen dynamische Modelle, die nur entsprechende Software umsetzen kann und dabei prompt ihre Komplexität bewältigt, Abweichungen erkennt und alternative Szenarien unterstützt. Richtig angewendet helfe ein dynamisches Modell in MS Project deswegen Projekte auf Kurs zu halten. 1 engl. schedules 2 engl. constraints 3 stochastisches Verfahren zum numerischen Lösen von Problemen 2

3 2 Möglichkeiten für Optimierungen Fällt z. B. die Dauer eines Ablaufplans zu lang aus oder sind Kosten und Arbeitsaufwand zu hoch, bieten dynamische Modelle einfachere Möglichkeiten für Optimierungen. Grundsätzlich kann man den Plan nach Zeit, Zeit/Kosten oder Zeit/Kosten/Ressourcen optimieren. Das magische Dreieck beschreibt die Zielkonkurrenz von Zeit, Kosten und Umfang/Qualität zueinander. Manchmal werden auch Ressourcen als vierte Größe hinzugezogen. Gerade für Projektmanager ist Risikomanagement ebenfalls von Bedeutung. Insgesamt entstehen so also sechs konkurrierende Faktoren, die oft schwer miteinander vereinbar sind. Eine Änderung in einem dieser Faktoren zieht Änderungen in den anderen nach sich. Optimierungen im Ablaufplan bedeuten die bestmögliche Balance zu finden: Zeit und Kosten zu minimieren, dabei die nötige Qualität und Anforderungen zum Umfang einzuhalten, die Ressourcen ideal auszunutzen und das Risiko im Rahmen zu halten. Abb. 1: magisches Dreieck [CJ13] Zu den häufigsten Änderungen, die am Ablaufplan entstehen, gehören als Ursachen eine (notwendige) Verkürzung der Zeit, Senkung der Kosten oder Erhöhung des Umfangs. Üblicherweise optimiert man während der Planung, um das Projekt so zu modellieren, dass bestimmte Stichtage 4 oder Einschränkungstermine eingehalten werden können. Nach Beginn des Projekts braucht die Zustandsüberwachung weitere Optimierungen, da bei zunehmender Entfernung vom Basisplan 5 entsprechend Teile des Ablaufplans angepasst werden müssen. MS Project kann mit der Critical-Path-Methode (CPM) die (längste) Serie von Vorgängen 6 finden, durch die das Fertigstellungsdatum des Projekts bestimmt wird, sowie der Puffer 7 anderer Vorgänge. Dabei wird allerdings nur eine einzige Schätzung der Dauer für jeden Vorgang verwendet. Die Program Evaluation and Review Technique (PERT) ist eine verfeinerte Methode von CPM, die drei solcher Schätzungen verwendet: optimistisch ( O ), höchstwahrscheinlich ( ML, von most likely) und pessimistisch ( P ). Die erwartete Dauer ( ED ) bestimmt sich dabei mit der Formel ED = O + [4 ML] + P 6. 4 engl. deadlines 5 engl. baseline 6 engl. tasks 7 engl. float 3

4 PERT wird nicht direkt von MS Project unterstützt, lässt sich aber manuell nachbauen. Dazu erstellt man die vier beschriebenen Felder mit Typ Dauer 8 und definiert die obere Formel für die Spalte der erwarteten Dauer (Abb. 2). Nachdem die jeweiligen O-, ML- und P- Werte für die Vorgänge eingetragen sind, können die berechneten ED-Werte in die eigentliche Dauer -Spalte kopiert werden, damit MS Project mit ihnen weiterarbeiten kann (Abb. 3). Abb. 2: Formel für PERT im Editor von MS Project Genauso können aber auch die Werte von O oder P dorthin kopiert werden, um entsprechende Best- bzw. Worst-Case-Szenarios zu modellieren. Für eine bessere Übersicht lassen sich Vorgängen mit negativem Puffer (also diejenigen, für die kein Ablauf berechnet werden kann, der alle Stichtage und Einschränkungstermine einhält) eine zusätzliche Markierung im Gantt-Diagramm angehängt werden, der diese Verzögerung visualisiert (Abb. 4). Abb. 3: Werte der erwarteten Dauer in die eigentliche Spalte kopiert 8 engl. duration 4

5 Abb. 4: negativer Puffer mit einer zusätzlichen Linie vor den Vorgängen im Gantt-Diagramm dargestellt 3 Optimierung nach Zeit Werden Stichtage oder Einschränkungen mit dem berechneten Ablaufplan nicht eingehalten, ist es naheliegend diesen zeitlich zu optimieren. Mit dem kritischen Pfad (sowohl über CPM als auch PERT), sieht man genau die Vorgänge farblich hervorgehoben, deren Dauer direkt die Laufzeit des Projekts bestimmt (Abb. 5). Es ist also sinnvoll diese Vorgänge auf Optimierungspotenzial hin zu überprüfen, um den kritischen Pfad so kurz wie möglich zu halten. Oft bieten längere Vorgänge (und Puffer) mehr Möglichkeiten dazu. Kürzt man nun die Dauer eines solchen Vorgangs, sollte untersucht werden, wie stark die Auswirkungen auf die anderen Faktoren des magischen Dreiecks ausfallen. Auch wenn Ressourcen in diesem Schritt noch als unendlich verfügbar angesehen werden, sollte man dabei Vorgänge mit möglichst wenig Auswirkungen priorisieren. Zudem sollten die Abhängigkeiten der Vorgänge untereinander betrachtet werden. Können davon einzelne entfernt werden, können sich auch Vorgänge aus dem kritischen Pfad heraus verschieben und dieser sich so verkürzen. Das Aufteilen von längeren Vorgängen in mehrere kürzere kann ebenfalls eine Parallelisierung mit einem ähnlichen Effekt ermöglichen und zudem eine bessere Ausnutzung verfügbarer Ressourcen bieten. Eine drastischere Maßnahme wäre die Reduzierung des Projektumfangs bzw. Löschen einzelner Vorgänge. 5

6 Abb. 5: Nur der kritische Pfad (dunkler) wirkt sich direkt auf die Gesamtdauer aus. 4 Optimierung nach Zeit und Kosten Reicht die Optimierung nach Zeit allein nicht aus, um auch alle Kostenvorgaben, wie Geld- oder Arbeitszeiteinheiten, zu erfüllen, können nun diese Kosten optimiert werden. Diese Optimierung unterscheidet sich nicht sehr stark von der Optimierung nach Zeit. Wieder hat der kritische Pfad eine zentrale Bedeutung, um nicht die zeitliche Dimension aus den Augen zu verlieren. Eine kürzere Projektlaufzeit hält zudem die Gemeinkosten niedriger. Vorgänge lassen sich in MS Project nach ihren Kosten sortieren, um besonders teure zu finden. Diese können dann auf mögliche Einsparungen untersucht werden, wie günstigere Ver-/Aufträge z. B. von Zulieferern oder günstigere Ressourcen ohne inakzeptable Qualitätsdefizite, die möglich wären. Bei Letzterem helfen auch Überlegungen zu einer evtl. zeitlichen Verschiebung des Vorgangs (falls Puffer vorhanden), um vorhandene Ressourcen besser auszunutzen oder einer zeitlichen Ausdehnung, um etwa auf teurere Überstunden zu verzichten. Ähnliches gilt auch für (oft humane) Ressourcen mit unregelmäßiger Auslastung, die trotzdem über einen bestimmten Zeitraum Kosten verursachen, auch während sie gar nicht am oder für das Projekt arbeiten. Hierbei handelt es sich dann um versteckte Kosten, da sie in MS Project nicht direkt berücksichtigt werden. Außerdem kann mit dem Zurückstellen der Aufwandsabgrenzungen der Cashflow verbessert werden. Man sollte aber darauf achten, das Risiko nicht so stark zu erhöhen, dass die eingesparten Kosten am Ende gar nicht erzielt werden können. Und auch hier kann natürlich als Notlösung der Projektumfang reduziert werden, so dass einzelne Vorgänge und dadurch auch ihre Kosten wegfallen. 6

7 5 Optimierung nach Zeit, Kosten und Ressourcen Falls die eingeschränkte Verfügbarkeit von Ressourcen die Einhaltung der Stichtage verhindert, ist dieser Optimierungsschritt wichtig. Die Einbeziehung der Ressourcen erhöht außerdem die Genauigkeit der Vorhersagen. Zuerst sollte die Auslastung der Ressourcen möglichst gleichmäßig verteilt werden, um Überlast zu verhindern. MS Project kann diese Auslastung visualisieren und so Probleme aufzeigen (Abb. 6). Die besten Ressourcen verteilt man zunächst auf Vorgänge des kritischen Pfads, da sich so sowohl Zeit als auch Auslastung einsparen lässt. Bei knappen Ressourcen verlängert sich dabei allerdings oft die Projektdauer. Kritische Ressourcen dagegen werden besser nicht-kritischen Vorgängen zugewiesen, sonst erhöht sich die Gefahr einer durch nicht vorhandene Ressourcen erzeugten Verzögerung des Ablaufs. Abb. 6: Diese Ressource ist teils stark überlastet (dunklere Balkenabschnitte). Abb. 7: Zeitliche Auslastung der Ressourcen über einem Gantt-Diagramm, Überlast ist hervorgehoben. 7

8 Bei gleichzeitig stattfindenden Vorgängen mit selben Ressourcen kann die Zuweisung zugunsten kritischerer Vorgänge justiert werden. Und auch hier lassen sich vielleicht einzelne Vorgänge aufteilen, so dass sich mehr der entstandenen kürzeren Vorgänge nicht-kritischen Ressourcen zuweisen lassen. Falls möglich, könnte ein anstehender Urlaub hinter einen wichtigen Stichtag verschoben werden. MS Project kann die Auslastung einzelner Ressourcen als eine zeitlichen Tabelle darstellen, wodurch sie chronologisch ausgeglichen werden können (Abb. 7). Empfohlen wird die Aufhebung von Überlast humaner Ressourcen ab ungefähr 150% pro Tag und 120% pro Woche. Zu beachten ist, dass Einrichtungen, Gerätschaften u. ä. oft nur belegt oder nicht belegt sein können. Berechnete bzw. angezeigte Auslastungen zwischen 0% und 100% erlauben dann z. B. trotzdem keine zusätzliche Zuweisung. Gibt es beim Meilenstein zum Projektende eine Muss-enden-am -Einschränkung, kann MS Project die Auslastung automatisch im Rahmen vorhandenen Puffers ausgleichen ohne diese Einschränkung zu verletzen. Dazu muss die entsprechende Option Abgleich nur innerhalb der Pufferzeit im Kapazitätsabgleich gesetzt sein (Abb. 8). Ansonsten verlängert sich die Projektdauer entsprechend, so dass evtl. wieder eine Optimierung nach Zeit notwendig wird. Speichert man sowohl die Ausgangssituation als auch die Änderungen nach dem (automatischen) Ausgleich als Zwischenplan, lassen sich beide Basispläne für einen Vergleich zusammen in einem Abb. 8: Kapazitätsabgleich: Einschränkungen berücksichtigt gemeinsamen Gantt-Diagramm darstellen (Abb. 10). Abb. 9: Diese vorhin überlastete Ressource ist jetzt ausgeglichen, allerdings zeitlich ausgedehnt. 8

9 Abb. 10: Der Basisplan vor und nach dem Ausgleich zum Vergleich Literatur [AL15] R. Ambriz and M. Landa. Dynamic Scheduling R with Microsoft R Project 2013: The Book by and for Professionals. J. Ross Publishing, [CJ13] C. Chatfield and T. Johnson. Microsoft R Project 2013 Step by Step. Microsoft Press, [Uyt05] E. Uyttewaal. Dynamic Scheduling with Microsoft R Project 2003: The Book by and for Professionals. J. Ross Publishing,