مقاله ترجمه شده کاربرد دینامیک سیستم در کنترل و برنامه ریزی پروژه ساخت

وانگ یو جینگ
چکیده: پیچیدگی های پروژه ساخت، کنترل و برنامه ریزی پروژه را مشکل می سازد و روش شناسی دینامیک سیستم (SD) هم راهکار مؤثری برای افزایش جنبه علمی کارایی و برنامه ریزی کنترل پروژه را فراهم می کند. پیچیدگی های پروژه ساخت از دیدگاه SD تحلیل می گردد پس از اینکه معنای ضمنی SD بدست می آید. اصول توسعه مدل SD پروژه ساخت از جنبه های محدوده مدل، ساختار مدل اصلی و معادلات متغیرها توصیف می گردد، و سپس حلقه های دوباره کاری و حلقه های کنترل موجود در پروژه ساخت شناسایی می گردند. در آخر، کاربردهای مدل SD پروژه در کنترل و برنامه ریزی پروژه مورد بحث قرار می گیرد.

کلمات کلیدی: دینامیک سیستم (SD)، پروژه ساخت، برنامه ریزی پروژه، کنترل پروژه
۱- مقدمه
در حین فرآیند اجرای پروژه ساخت، انواع عوامل تأثیرگذار پروژه را پیچیده می سازند، که سبب بوجود آمدن چالش های بزرگی برای کنترل و برنامه ریزی پروژه می گردد. در حال حاضر، CPM روش اصلی برای کنترل و برنامه ریزی پروژه ساخت است، که بر اساس اینست که کدام دانشمندان تحقیقات گسترده ای در مورد برنامه ریزی پروژه محدودیت منابع و اهداف چندگانه برای بهینه سازی انجام داده اند که شامل روش برآورد زمان فعالیت نامشخص، پیشرفت پروژه ، و کارمزدها و غیره می باشد. البته، این روش دارای مشکلات زیادی است که مربوط به حل و ساخت مدل محاسباتی بعنوان عامل افزایش تدریجی محدودیت ها و فاکتورهای بررسی شده هستند. در سالهای اخیر، با افزایش علم سیستماتیک و توسعه تکنولوژی شبییه سازی کامپیوتری، روز به روز تحقیقات بیشتری در مورد استفاده از روش DES برای شبیه سازی فرآیند ساخت انجام می شود تا به کنترل و برنامه ریزی پروژه کمک کند. البته، پشتیبانی DES از مسئله سطح استراتژی از کنترل و برنامه ریزی پروژه هنوز هم به حد کافی نرسیده است، چون DES بر روی جزئیات عملیات هر یک از مراحل کار فرآیند ساخت تمرکز دارد و البته محدوده مدل هم نسبتاً محدود است. SD درباره درک و حل مشکلات پیچیده است، که دارای تئوری اصلی یکسانی هستند: تئوری کنترل، بطوریکه بتوانیم آنرا در عرصه مدیریت پروژه اعمال کنیم. این مقاله روش دینامیک سیستم برای کنترل و برنامه ریزی پروژه و پیچیدگی پروژه های ساخت برای ایجاد راه جدیدی از روشها و نظریه ها را معرفی میکند.
۲- مفهوم دینامیک سیستم

دینامیک سیستم (SD) در سال ۱۹۵۶ توسط پروفسور فارستر از مرسسه تکنولوژی ماساچوست ابداع شد و در اواخر دهه ۱۹۵۰ به زمینه مستقلی تبدیل شد. SD ، که سیستم بازخورد اطلاعات را برای مطالعات می گیرد، علمی برای جستجوی جامع این مسئله است که چطور مشکلات سیستم پیچیده اجتماعی، اقتصادی، بوم شناختی و زیستی را حل کنیم، و همچنین یک انتظام افقی است که با زمینه های علوم طبیعی و علوم اجتماعی ارتباط دارد. دیدگاه اصلی SD اینست که الگوهای رفتار و خصوصیات سیستم عمدتاً به ساختار دینامیک داخلی آن و مکانیزم بازخورد بستگی دارد.
روش دینامیک سیستم یک روش شبیه سازی است، که با نام شبیه سازی دینامیک سیستم هم شناخته می شود. شبیه سازی سیستم بر مبنای کامپیوتر است که از آن بعنوان ابزاری برای حل کردن سیستم واقعی توسط ساختن یک مدل ساختاری و مطالعه تست مدل استفاده میکند. سیستم ها، مدل ها و کامپیوتر سه عنصر اصلی شبیه سازی سیستم است. سیستم همان هدف مطالعه است، درحالیکه مدل همان توصیف بخش یا طرف جانبی سیستم واقعی برای تحقیق بر روی مشکلات است. کامپیوتر مدل را از طریق آزمایش و خطا انجام میدهد تا هدف مطالعه سیستم واقعی را به انجام برساند. روابط بین این سه عنصر را می توان در شکل ۱ نشان داد.

شکل ۱٫ روابط بین عناصر روش شبیه سازی سیستم

۳- پیچیدگی های پروژه های ساخت از دیدگاه دینامیک سیستم
A. روابط سببی در بین عناصر در سیستم جداسازی شده در فضا و زمان
سیستم پروژه ساخت از چندین عنصر تشکیل شده است، که دارای روابط پیچیده ای هستند و در زمان و فضا جداسازی می شوند. برای مثال، اگر محل نصب یک دستگاه تغییر کند می تواند منجر به تغییرات مهندسی شهری، HVAC و تغییرات طراحی بسیار دیگری گردد. این تغییرات ممکن است باعث تخصیص دوباره کارکنان ساخت شوند، که ممکن است روند ساخت را تسریع کند یا آنرا به تأخیر اندازد. پیشرفت کاری که به تأخیر افتاده است، میتواند منجر به تعویق بیشتر پیشرفت کار همراه آن گردد. این روابط سببی که دارای خصوصیات جداسازی فضایی وزمانی است پروژه ساخت را دارای یک رابطه شمارشگر-شهودی قوی می سازد، بنابراین ترسیم طرح کلی روابط بین این مؤلفه ها در ذهن کار مشکلی است، چون تحلیل این نوع مشکلات خارج از توان تحلیلی مدل ذهنی است. مدل دینامیک سیستم می تواند روابط چندگانه را بطور مؤثر توصیف کند و تأثیر سیستم کلی پروژه را با تغییرات بالا نشان دهد.
B. چند-حلقه ای

سیستم پروژه ساخت از چندین حلقه بازخورد منفی و مثبت تشکیل شده است. حلقه بازخورد منفی دارای خصوصیات درک یک هدف مشخص است، درحالیکه حلقه بازخورد مثبت رفتارهای سیستم را از هدف خارج می سازد. در حین فرآیند اجرای پروژه، پروژه ممکن است بخاطر برآورد کمتر حیطه کار یا منابع و یا مشکلات کیفیتی تأخیر داشته باشد. برای اینکه پیشرفت پروژه به حالت عادی خود برگردد، مدیران ممکن است به کارگران اجازه دهند که اضافه کاری داشته باشند و بنابراین حلقه بازخورد منفی ایجاد گردد. البته اضافه کاری بلند مدت کارگران را خسته می کند، که ممکن است کارایی تولید و کیفیت کار را پایین بیاورد و در نتیجه تأثیر منفی بر روی پیشرفت کار داشته باشد. حلقه های بازخورد مثبت و منفی بر روی پیشرفت پروژه تأثیر می گذارند. وقتی که تأثیر حلقه بازخورد مثبت از تأثیر حلقه بازخورد منفی قوی تر باشد، پروژه ممکن است که بصورت یک پدیده پسرو به نظر برسد. روابط بین حلقه های بازخورد چندگانه در سیستم پروژه های ساخت، یک ساختار سیستمی را ایجاد میکند.

C. غیرخطی
روابط غیرخطی پیچیده ای در بین ساعات کاری و پیشرفت پروژه وجود دارد، برای مثال وقتی که ساعات کاری در یک هفته از ۴۰ ساعت به ۴۴ ساعت افزایش می یابد، کار انجام شده در آن هفته ۱۰ درصد افزایش می یابد و بنابراین برنامه ساخت جلو می افتد. اما این ساعات کاری بیشتر برای مدت طولانی میتواند اثرات منفی مانند خستگی، و کاهش کیفیت پروژه ایجاد کند و با افزایش زمان این اثر منفی هم افزایش می یابد. در این حالت کار انجام شده در یک هفته نه تنها اضافه کاری را افزایش نمی دهد بلکه انرا کاهش میدهد. میتوان مشاهده کرد که روابط غیرخطی بین زمان کار و پیشرفت پروژه، نتایج منفی بازخورد (مکانیزم کنترل) ایجاد شده توسط اضافه کاری و بازخورد مثبت (که سبب خستگی کارگران می شود و کارایی تولید آنها را کاهش میدهد و …) می باشد که با هم مرتبط هستند. بازخورد های سببی دینامیک های سیستم میتوانند این روابط را دنبال کنند و اثرات آنها را ارزیابی کنند.
D. وجود همزمان داده های سخت و نرم
یک پروژه ساخت هم دارای ویژگی مهندسی و هم دارای ویژگی سازمانی است، بنابراین روابط بین عناصر مختلف را نمی توان بعنوان روابط فنی فرض کرد. داده های سخت مربوط به خصوصیات مواد مانند نقشه ها، بتن مسلح، تجهیزات لوله کشی و الکتریکی هستند ، در حالیکه داده های نرم مربوط به استدلال انسان، احساسات و غیره هستند. برای مثال کارایی کار کارگران را میتوان تحت فشار پیشرفت مناسب افزایش داد، درحالیکه فشار پیشرفتی زیاد ممکن است کارایی تولید را کاهش دهد. عوامل نرم پروژه های ساخت اغلب دلیل مهمی برای ارزیابی و پیچیدگی های پروژه های ساخت هستند. دینامیک سیستم میتواند دارای داده های نرم و سخت با هم باشد، بنابراین محدوده مدل پروژه ساخت بزرگتر است.
۴- ساخت مدل دینامیک سیستم برای پروژه های ساخت
A. اصول مدل
– محدوده مدل
مدل SD پروژه ساخت، وضعیت پیشرفت را در اجرای پروژه های ساخت توصیف میکند، بنابراین عناصر و روابط آنها که مربوط به پیشرفت پروژه هستند، را باید مورد بررسی قرار داد تا محدوده مدل مشخص شود. در سطح بزرگ، پروژه ساخت مربوط به ایجاد روابط بین جریان مواد و جریان اطلاعات می باشد. جریان مواد همان فرآیند تغییر شکل و ماهیت ایجاد شده توسط روابط متقابل بین انسان ها، و منابع مالی و مادی است که نتیجه مستقیم آن همان هویت محصول تولید شده می باشد. جریان اطلاعات با جریان مواد همراه است و نقش مهمی برای ان ایفا میکند. عملکرد اصلی مدیریت پروژه اینست که تعداد بررسی ها، جهت گیری، سرعت و اهداف را برنامه ریزی و تنظیم کند، تا آنرا در مسیر مشخصی وارد سازد و در نهایت هم هدف اصلی پروژه ساخت را انجام دهد. شکل ۲ فرآیند دینامیک پروژه های ساخت را با استفاده از حلقه کنترل تئوری کنترل توصیف میکند که شامل جریان مواد حکم فرایندهای طراحی و ساخت اجرایی، و فرآیند جریان اطلاعات مدیریت پروژه می باشد، که یک سیستم بازخورد حلقه بسته را تشکیل میدهد. مدل SD پروژه ساخت، همان جذب سیستم بازخورد است که توسط جریان مواد و جریان اطلاعات مربوط به پیشرفت پروژه در حین فرآیند اجرای پروژه تشکیل شده است، و شامل جریان اطلاعات در محدوده های مدل سیستم می باشد که مهمترین ویژگی است که مدل (SD) پروژه های ساخت را از طرح پروژه های دیگر متمایز می سازد.

شکل ۲٫ حلقه کنترل فرآیند دینامیک پروژه ساخت

– ساختار مبنای مدل
ساختمان سیستم حاوی دومعنا است، که اولی واحدهای تشکیل دهنده سیستم و دومی نقش ها و روابط بین واحدهای مختلف است. درینامیک سیستم ساختار مبن

ای سیستم را با حلقه بازخورد اول توصیف میکند. حلقه بازخورد اول همان حالت، میزان (یا تصمیمات و یا اعمال) و حلقه اطلاعات سیستم جفت سازی شده است که با سه مؤلفه سیستم مطابقت دارد: واحد، ورزش ها و اطلاعات. تغییرات در حالت سیستم به نتیجه تصمیمات یا اعمال بستگی دارد، و تصمیم گیری هم به بازخورد اطلاعات وضعیت سیستم وابسته است. فرآیند دینامیک پروژه ساخت را در تطابق با اصول که در شکل ۲ نشان داده شده است میتوان بعنوان بیشتر ساختار مبنای مدل دینامیک سیستم با استفاده از ابزار نمودار جریان دینامیک سیستم (نمودار جریان و سهام) جذب کرد که در شکل ۳ نشان داده شده است.

شکل ۳٫ ساختار مدل SD مبنای پروژه ساخت

با پیروی از فرضیه ها و تعاریف کار پروژه و وظایف مدل: پروژه را می توان از بالا به پایین به تعدادی از کارهای مختلف تجزیه کرد، که هر کار شامل تعدادی از وظایف کوچک متجانس ایت، و همه این وظایف واحدهای کاری هستند که بصورت یک واحد خلاصه سازی شده اند. ساختار مبنا بوضوح جهت گیری، سرعت و تجمع دو جریان را در پروژه ساخت بیان میکند. فلش های دارای شکل فرآیند تولید مواد را توصیف می کنند، و فلش های دارای شکل روابط بین وظایف انجام شده و میزان پیشرفت پروژه و فرآیند بازخورد اطلاعات را یان میکنند. عناصر مختلف در جریان توسط چهار متغیر اصلی توصیف می شوند: متغیرهای سطح، متغیرهای میزان، متغیرهای کمکی و ثابت ها، که دارای معانی زیر هستند:
متغیر سطح (L): “وظیفه را کامل کن” یک متغیر سطح است که تأثیر جمعی پروژه های ساخت را توصیف میکند که با لوگوی جعبه مستطیل شکل نشان داده می شود. متغیرهای حالت هسته متغیرهایی هستند که سیستم پروژه های ساخت را توصیف میکنند و رفتار دینامیک پروژه های ساخت را نشان میدهند که عناصر جمعی مانند تغییرات تکمیل وظایف با گذشت زمان در پروژه های ساخت هستند.

متغیر میزان (R): “میزان پیشرفت” یک متغیر میزان است که تأثیر جمعی تغییر را در سرعت سیستم های مهندسی توصیف می کند و دارای لوگوی است. “میزان پیشرفت” مکانیزم های تصمیم گیری پیشرفت کنترل پروژه های ساخت را نشان میدهد، که به اجرای واقعی اهداف پروژه ساخت و اهداف تغییرات و دوره کنترل بستگی دارد.
متغیر کمکی (A): “انحراف” یک متغیر کمکی است که فرآیند تصمیم گیری میزان متغیر محاسبه شده مطابق متغیرهای حالت، و انتقال اطلاعات و فرآیند تبدیل بین متغیرهای حالت و متغیرهای میزان، و متغیرهای واسط را بیان میکند.
ثابت (C): “دوره کنترل” یک ثابت است و تقریباً دارای مقدار پیشرفت یکسانی از فرآیند کنترل پروژه است که با نام متغیر خارجی هم شناخته می شود.
– معادلات متغیر مدل
برای مثال متغیرهای زیر را در شکل ۳ در نظر بگیرید، که شکل مبنای معادله متغیرهای زیر بصورت زیر بیان می گردند:

B. حلقه بازخورد اصلی سیستم پروژه های ساخت
– حلقه دوباره کاری
حلقه بازخورد روابط سببی در شکل ۴ حلقه دوباره کاری پروژه را توصیف میکند. پیشرفت پروژه ساخت توسط در دسترس بودن منابع و کارایی تعیین می شود. وقتی که روند پروژه پیش می رود، کار باقیمانده بتدریج کاهش پیدا میکند، بنابراین شامل حلقه بازخورد منفی بین کار باقیمانده و سرعت کار خواهد بود. چون فرآیند اجرای واق

عی پروژه های ساخت مشروط به عوامل خارجی و داخلی مختلف می باشند، همیشه درصد معینی از مشکلات کیفیتی وجود دارد که منجر به دوباره کاری می گردد، بنابراین وقتی که روند پروژه در همان زمان پیش می رود، کار باقیمانده افزایش پیدا میکند، که حلقه بازخورد مثبت سیستم را تشکیل میدهد. البته همیشه قادر نیست که فوراً مشکلات کیفیتی را پیدا کند، درحالیکه سرعت مشکلات کیفیتی یافت شده، توسط دوره بازرسی کیفیت مشخص می گردد. هرچه نقش حلقه بازخورد مثبت کوچک تر باشد مشکلات کیفیتی سریع تر پیدا می شوند، بعبارت دیگر، تأثیر منفی مشکلات کیفیتی بر روی پروژه کمتر خواهد بود.