P R O J E K TMANA G E M E N T 2 / 2 0 0 1 13 Messbare Projektstabilität Uwe Bracht, Dieter Geckler Änderungsschleifen sind in vielen Projekten unvermeidbar. Mit einer neu entwickelten Simulationsmethode werden auch sie für die Netzplanrechnung greifbar. Dabei lassen sich nicht nur statistische Aussagen über die wichtigsten Projektparameter gewinnen. Mit der Methode ist es zusätzlich möglich, schon vor Projektbeginn auszuprobieren, wie das Projekt auf Änderungen reagieren wird und welche Projektmanagement-Maßnahmen das Änderungsverhalten stabilisieren können. I n der klassischen Projektmanagement-Methodik übernimmt der Projekt-Netzplan eine zentrale Rolle. Er wird auf der Basis eines Projektstrukturplans erstellt und zeigt die Verknüpfungen der einzelnen Aktivitäten eines Projektes in zeitlicher Reihenfolge. Auf der Basis der Netzplanberechnung werden dann die Termine für die einzelnen Aktivitäten, der Ressourcenbedarf sowie der Kostenverlauf berechnet. Den Zusammenhang zeigt Abb. 1. Im Projektverlauf werden die tatsächlich eintretenden Termine laufend gemessen. Auf der Basis von erneuten Netzplanberechnungen ist man dann in der Lage, die zentralen Projektdokumente anzupassen, Soll/ Ist-Vergleiche aufzustellen sowie neue Projektprognosen zu erstellen. Bei einer großen Anzahl von Projekten funktioniert die netzplanbasierte Methode gut und ist bei der Projektsteuerung eine sinnvolle Hilfe. Die klassische Methode der Netzplanberechnung kann aber nur lineare Abfolgen von Aktivitäten abbilden. Rücksprungschleifen, wie in Abb. 2 dargestellt, können mit den üblichen Netzplanprogrammen nicht behandelt werden, da sie zu nichtlinearen Effekten führen. Nun sind aber gerade solche Rücksprungschleifen bei vielen Projektarten ein zentrales Element. Typische Vertreter solcher Projekte sind ❏ Projekte mit technischen Entwicklungen, in denen sich kreative Projektphasen mit Prototypenbau und Test abwechseln, ❏ Softwareentwicklungen, bei denen sich immer wieder Optimierungsschleifen ergeben, ❏ Projekte in einem politisch unsicheren Umfeld, in dem immer wieder neue Genehmigungsschleifen durchlaufen werden müssen. Möchte man solche Projekte mathematisch erfassen, so ist man auf nichtlineare Ansätze angewiesen. Hier hat die Mathematik, unterstützt durch die zunehmenden Möglichkeiten der numerischen Berechnung, in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Bekannt sind solche Modelle z. B. aus der Wettervorhersage, Strömungssimulation oder der Berechnung von wirtschaftlichen Kreisläufen. Gemeinsam ist diesen Methoden, dass sie die Zukunft nur unscharf voraussagen können. Dies ist auch jedem plausibel. Aussagen wie „In zwölf Tagen um 11.47 Uhr wird es in der Lorenz-Straße regnen“ oder „In zwei Jah- Projektstrukturplan Netzplan Ter minplan Ressourcenplan Kostenverlauf Ist-Werte Aktivität 1 Aktivität 2 Test Aktivität 1 Abb. 1: Abhängigkeit der zentralen Projektdokumente Abb. 2: Projektablauf mit einer Rücksprungschleife P R O J E K TMANA G E M E N T 2 / 2 0 0 1 14 WISSEN ren und 7 Stunden wird dieser Test mit der Note 2,1 bestanden werden“ glaubt man nur zu einem gewissen Grad. Bei zwei Dingen sind aber die nichtlinearen Berechnungsmethoden ganz gut geeignet: ❏ Zum einen können sie die Wahrscheinlichkeit ermitteln, mit der ein bestimmtes Ereignis eintreten wird. Dies wird z. B. in der Wettervorhersage genutzt. Dabei nimmt die Sicherheit der Aussage mit dem Prognosehorizont ab. ❏ Zum anderen können sie ein günstiges Layout für ein Objekt in einem nichtlinearen Umfeld ermitteln. Dies wird z. B. bei der Strömungslehre genutzt, wo aerodynamische Formen anhand von Simulationen bewertet werden können. Dabei hängt die Qualität der Aussagen von der Güte des Simulationsmodells ab. Für das Projektmanagement sind beide Anwendungsfälle interessant. Einerseits interessiert, ob eine Projektkonstellation günstig mit Änderungsschleifen umgehen kann. Andererseits will man in einem realen Projekt eine realistische Prognose - auch dann, wenn sie nur einen gewissen Wahrscheinlichkeitsgehalt hat. Zudem nützt es zu wissen, wie gut die gestellte Prognose ist. Das Simulationsmodell Auf der Basis dieser Überlegungen wurde versucht, ein für die Projektbeurteilung brauchbares Simulationsmodell aufzubauen. Grundlage ist dabei der konventionelle Projektnetzplan, der um Änderungsschleifen ergänzt wurde. Diese werden erzeugt, indem man durch Zufallszahlen erzeugte Rücksprünge in den Netzplan einstreut (Monte-Carlo-Methode). Zur Generierung der Rücksprünge werden die folgenden Parameter für jede Aktivität neu eingeführt (siehe Abb. 3): ❏ Die Rücksprungwahrscheinlichkeit (P) gibt an, mit welcher Prozentzahl am Ende einer Aktivität ein Rücksprung auftreten kann. Dieser Wert kann bei jeder Aktivität variieren, so ist sie z. B. bei einem „Test“ oder einer „Genehmigung“ höher als bei einer normalen Aktivität. Im Modell wurde aber auch dem Umstand Rechnung getragen, dass in jeder Projektphase Änderungen auftreten können. Diese können z. B. durch das Projektumfeld hervorgerufen werden, wie z. B. ein unvorhergesehener Interessenwechsel bei den Projektauftraggebern oder ein Wetterumschwung. ❏ Der Rücksprungradius (R) gibt an, um wie viele Aktivitäten bei einem Rücksprung zurückgegangen wird. Damit lassen sich Änderungen mit kleinen und großen Auswirkungen abbilden. Bei einem Rücksprung wird der Rücksprungweg im Netzplan zufällig ermittelt. ❏ Der Faktor für die Wiederholdauer (F) gibt an, wie schnell eine Aktivität im Wiederholungsfall durchlaufen wird. Z. B. hat eine Konstruktionszeichnung, die mit CAD erstellt wurde, bei einer Wiederholung eine geringere Dauer als beim ersten Aufbau. Die Anfertigung eines Designmodells muss dagegen bei einer Wiederholung völlig neu aufgebaut werden und benötigt damit die gleiche Zeit, wie der erste Durchlauf. Simuliert man den Ablauf eines solchen Netzplanes, so kann man die Gesamtdauer des Projektes messen. Diese ergibt sich zufällig durch die Lage und Intensität der aufgetretenen Rücksprünge. Treten alle Störungen auf dem kritischen Pfad des Projektes auf, so ergibt sich eine deutliche Projektverzögerung gegenüber dem störungsfreien Projekt. Trifft kein Rücksprung den kritischen Pfad, so kann es sein, dass das Projekt lediglich die Pufferzeiten ausnutzt und zum geplanten Termin fertig wird. Kernpunkt der Simulationsmethode ist nun eine Wiederholung der Projektsimulation, wobei die Störungen mit den gleichen statistischen Verteilungen immer wieder neu gesetzt werden. Daraus ergibt sich nach einer hinreichenden Anzahl von Simulationsläufen eine Verteilungskurve für die aufgetretenen Projektdauern. Eine solche Kurve zeigt Abb. 4 nach 20.000 simulierten Projektabläufen. Berechnet man nach jedem Simulationslauf die mittlere Projektdauer, so pendelt sich dieser Wert mit zunehmender Projektanzahl auf einen stabilen Mittelwert ein. Variiert in einem Berechnungslauf dieser Wert nicht mehr, so hat man eine hinreichende Anzahl an Simulationsläufen erreicht. Diesen Mittelwert kann man nun als sinnvolle Kennzahl für die Projektstabilität benutzen. Interessant ist, dass im gezeigten Beispiel die Gesamtdauer ein und desselben Netzplans nur durch unterschiedliche Konstellationen der Störungen auf über 250 % anwachsen kann. Diesen Effekt nur durch richtiges Projektmanagement auszugleichen wird keinem noch so geschulten Projektmanager gelingen. Mit dem Simulationsmodell wurde eine große Anzahl von Projekten mit unterschiedlichen Netzplanlayouts gemessen. Dabei zeigte sich, dass die Parameter der Rücksprungschleifen immer wieder den gleichen Einfluss auf die Projektstabilität haben. Diese sollen in der Reihenfolge ihres Einflusses vorgestellt werden. Aktivität 1 Aktivität 2 Test Aktivität 1 Rücksprungwahrscheinlichkeit P Rücksprungradius R Faktor für Wiederholdauer F Abb. 3: Untersuchte Parameter einer Rücksprungschleife 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 100 150 200 250 300 350 Projektdauer [%] Häufigkeit 130 Mittelwert = Kennwert für die Projektstabilität Abb. 4: Typische Verteilung der Projektdauern bei einem Projekt mit höherem Rücksprunganteil. Eine Projektdauer von 100 % entspricht dabei dem störungsfreien Ablauf. P R O J E K TMANA G E M E N T 2 / 2 0 0 1 15 Einfluss der Rücksprungwahrscheinlichkeit Variiert man die Rücksprungwahrscheinlichkeit, so steigt die Projektdauer exponentiell an. Einen typischen Verlauf zeigt Abb. 5. Diesem exponentiellen Wachstum der Projektdauer muss die Projektleitung ein großes Augenmerk schenken. In der Abb. 5 hat sich die mittlere Projektdauer bei einer Rücksprungrate von ca. 10 % schon auf das Doppelte verlängert. Damit besteht die Hälfte des Arbeitsinhaltes während eines solchen Projektes aus dem Abarbeiten von Änderungsschleifen. In vielen Fällen lässt sich die Anzahl der Änderungsschleifen nur wenig beeinflussen. Meist hat ein Projekt eine bestimmte Rücksprungrate und muss dann damit leben. Eine gewisse Chance, die Änderungsrate zu beeinflussen, hat das Projektmanagement durch spezifische Methoden wie FMEA oder Elemente des Risk-Managements. Häufig wird aber eine bestimmte Änderungsrate benötigt, um dem Projekt eine erforderliche Kreativität zu geben. Die Alternative wäre ja, auf eigene Ideen zu verzichten oder nicht zu reagieren, wenn dem Wettbewerb etwas Neues einfällt. Auch zwingen einige Projektkonstellationen einem Projektablauf eine bestimmte Änderungsrate auf. So wird durch das Simultaneous Engineering die Projektlaufzeit dadurch verkürzt, dass man Vorgänge beginnt, bevor die davor gelegene Projektphase vollständig abgeschlossen ist. Ist die Änderungsrate gering, so haben die Änderungsschleifen nur einen geringen Einfluss, und das Projekt lässt sich gut nach klassischen Methoden steuern. In einem mittleren Bereich lohnt es sich, wenn das Projektmanagement seinen Fokus auf die Änderungsschleifen legt und mit speziellen Techniken wie z. B. Change-Management oder Konfigurationsmanagement die Auswirkungen der Rücksprungschleifen eindämmt. Zudem ist häufig eine indirekte Projektsteuerung wie beim Portfolio-Management sinnvoll. Eine völlig andere Führung benötigen dagegen Projekte mit hoher Änderungsrate. Sie haben entweder stark innovativen Charakter wie Forschungen oder im Extremfall künstlerische Aktivitäten, oder sie bewegen sich in einem sehr dynamischen Umfeld wie Unternehmensreorganisationen und Großprojekte in einem wirtschaftlich, politisch oder sozial instabilen Umfeld. Bei diesen Projekten ist eine detaillierte Planung nur noch im beschränkten Umfang möglich, und auch einem Änderungsmanagement werden Grenzen gesetzt. Dagegen stehen die Ziele im Vordergrund. Um diese zu erreichen, ist eine häufigere Revision der Maßnahmen erforderlich. Die Erfahrung zeigt, dass sich Teilziele bei solchen Projekten am besten in unabhängigen selbst organisierten Teams erfüllen lassen, die unter einer strategischen Gesamtführung zusammengefasst werden. Einfluss des Rücksprungradius Die zweitstärkste Wirkung auf die mittlere Projektdauer hat der Rücksprungradius. Er reagiert bei leichter Zunahme mit einem steilen Anstieg der Projektlaufzeit. Bei sehr großen Radien klingt aber seine Wirkung ab, da ja nicht über den Projektbeginn hinaus zurückgesprungen werden kann. 0 100 200 300 400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Rücksprungwahrscheinlichkeit P [% ] Mittlere Projektdauer [%] Abb. 5: Mit einer höheren Rücksprungwahrscheinlichkeit wächst die mittlere Projektdauer exponentiell (R = 5, F = 50 %) P R O J E K TMANA G E M E N T 2 / 2 0 0 1 16 WISSEN Der Rücksprungradius kann im Gegensatz zu der Rücksprungwahrscheinlichkeit vom Projektmanagement besser beeinflusst werden. So ist es relativ einfach, durch ein gutes Änderungsmanagement und eine offene Projektinformation Änderungsnotwendigkeiten nicht lange liegen zu lassen, sondern zügig abzuarbeiten. Hier hat jeder Tag Verkürzung Einfluss auf die Gesamt-Projektdauer und damit die Gesamt-Projektkosten. Aus diesem Zusammenhang heraus wird auch klar, warum sich elektronische Informationssysteme wie ein Intranet und E-Mail so positiv auf den Projektablauf auswirken. Mit Tests, virtuellen Prototypen bis hin zum Total Quality Management, wo bei jedem Projektschritt eine vollständige Qualitätskontrolle verlangt wird, ist es möglich, die Radien auf ein Minimum zu verkürzen. Die Simulationsrechnungen zeigen, dass mit solchen Maßnahmen der Einfluss einer hohen Änderungsrate nahezu kompensiert werden kann. Einfluss der Wiederholdauer Am schwächsten wirkt sich die Wiederholdauer der Aktivitäten beim zweiten oder wiederholten Durchlauf auf die Projektstabilität aus. Dies wird verständlich, wenn man sich klar macht, dass bei Wiederholrate und -Radius die Anzahl der durchlaufenen Aktivitäten in einem Projekt effektiv erhöht wird. In diesen zusätzlichen Aktivitäten können dann wiederum Rücksprünge ausgelöst werden. Die Wiederholdauer erzwingt keine solchen zusätzlichen Änderungsschleifen. Damit wirkt sie nur linear auf die durchschnittliche Projektdauer. Dennoch kann mit einer Verkürzung der Wiederholdauer der Projekterfolg messbar verändert werden. Üblicherweise wird eine wiederholte Bearbeitung durch eine gute Dokumentation verkürzt. Sie verhindert, dass bei der zweiten Bearbeitung die notwendige Information erst aufwendig aufgearbeitet werden muss. Eine weitere Verbesserung bringt eine möglichst durchgängige elektronische Informationsverarbeitung, welche den Änderungsaufwand verringert. Einfluss des Netzplanlayouts Ebenso wie ein stromlinienförmiges Design den Luftwiderstand eines Fahrzeuges verbessern kann, ist es möglich, die Projektstabilität durch ein änderungsfreundliches Netzplanlayout zu verbessern. Hierbei kann eine intensive Simulationsrechnung helfen, geschickte Anordnungen zu finden. Diese können bei der Gestaltung von Geschäftsprozessen und Projektabläufen als Leitempfehlungen genutzt werden. Grundsätzlich gelten folgende Regeln: ❏ Eine hohe Vernetzungsdichte der Aktivitäten untereinander verschlechtert die Projektstabilität. ❏ Eine gleichmäßige Verteilung der Änderungsrate und des Änderungsradius über das gesamte Projekt verbessert die Stabilität. ❏ Aktivitäten gegen Projektende reagieren empfindlicher bei hoher Änderungsrate als Aktivitäten am Projektanfang. ❏ Die Anordnungen der Verbindungen zwischen den Aktivitäten haben häufig einen Einfluss auf die mittlere Projektstabilität, der durch logische Überlegungen kaum einsehbar ist. Ein typisches Beispiel zeigt Abb. 8., in der in einem sehr abstrakten Netzplan nur die Anordnungen der Verbindungen verändert wurden. Allein dadurch verändert sich die mittlere Projektlaufzeit um 16 %. Zusammenspiel der Parameter In einem realen Projekt lassen sich die Parameter nicht vereinzelt modifizieren. Zur Optimierung von Netzplanlayouts ist es daher sinnvoll, in kleinen Schritten vorzugehen und jeweils die neu gewonnene Projektstabilität relativ zu einem Standard zu messen. Eine solche Optimierungsstufe zeigt Abb. 9. Man beginnt bei der Messung damit, einen bekannten Netzplan als Richtschnur aufzubauen und dessen Stabilitätsverhalten als Standardwert festzulegen. Um ein Kennfeld zu erhalten, werden bei der Simulationsrechnung die Rekursionsparameter mit einem Faktor belegt, der während der Rechnung variiert wird. Eine geeignete Messgröße ist dann die Summe der mittleren Projektdauern in Abhängigkeit von P, R und F. In diesen Plan wird dann eine vorgeschlagene Modifikation eingearbeitet. Dabei wurde am gezeigten Beispiel die fiktive Maßnahme „Digitale Kontrolle“ in einen Projektnetzplan eingeführt. Die betroffenen Aktivitäten sind in dem Netzplan farblich markiert. Zusätzlich wird in dem dazugehörigen Standardprotokoll angegeben, welche Rücksprungparameter von der Maßnahme betroffen sind. Dabei wird abgeschätzt, wie sich organisatorische Maßnahmen auf die Rücksprungparameter auswirken werden. Dies wird durch andersfarbige Markierungen hervorgehoben. Die Simulation ergibt nun ein neues Kennfeld für die Projektparameter (dicke Linien). Das Standardkennfeld ist mit gestrichelten Linien eingezeichnet. Ein Vergleich 100 125 150 175 200 0 5 10 15 20 Rücksprungweite [Anzahl Aktivitäten] Mittlere Projektdauer [%] Abb. 6: Einfluss des Rücksprungradius auf die mittlere Projektdauer ( P = 5 %, F = 50 %) 100 110 120 130 140 150 0 50 100 150 200 Wiederholdauer F [%] Mittlere Projektdauer [%] Abb. 7: Einfluss der Wiederholdauer auf die mittlere Projektdauer ( P = 5 %, R = 5) P R O J E K TMANA G E M E N T 2 / 2 0 0 1 17 der Summen der mittleren Dauern ergibt einen aussagekräftigen Messwert über die veränderte Projektstabilität. Zusammenfassung und Ausblick Mit der Simulationsrechnung von Änderungsschleifen nach der Monte-Carlo-Methode kann die Netzplanrechnung sinnvoll ergänzt werden. So ist es möglich, vor Projektbeginn die wahrscheinliche Änderungsrate zu bestimmen und damit die Schwerpunkte im Projektmanagement zu setzen. Durch die richtige Projektkonfiguration kann anschließend die Projektstabilität optimiert werden. Während des laufenden Projektes bietet der rekursiv vernetzte Netzplan ähnliche Möglichkeiten wie der konventionelle Netzplan, erlaubt aber zusätzliche Aussagen über die Wahrscheinlichkeiten von bestimmten Projektkennwerten (Termine, Ressourcenbedarf, Kostenverlauf, kritischer Pfad). Da die Rechenergebnisse des rekursiv vernetzten Netzplans aber nur für einen begrenzten Zeithorizont gelten, ist sein Stellenwert in Projekten mit höheren Änderungsraten nicht so dominant wie der konventionelle Netzplan in störungsfreien Projekten. Bei Projekten mit sehr hohen Änderungsraten verliert auch der rekursiv vernetzte Netzplan seine Bedeutung, da sein Aussagehorizont mit ansteigender Änderungsrate abnimmt. Grundsätzlich lässt sich daraus ableiten, dass die Netzplantechnik mit zunehmender Änderungsrate an Stellenwert verliert. ■ Literatur Bracht, U./ Geckler, D.: Stabile Projekte durch verbessertes Änderungsmanagement. Zeitschrift für wirtschaftliche Fertigung, 2000/ 6 Schlagwörter Änderungsverhalten, Netzplanrechnung, Projektstabilität, Rücksprungschleifen Autor Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Bracht, geb. 1949; Leiter des Instituts für Maschinelle Anlagentechnik und Betriebsfestigkeit der Technischen Universität Clausthal. Nach mehrjährigen leitenden Tätigkeiten in der Automobilindustrie ist er seit 1996 an der TU Clausthal in Forschung und Lehre insbesondere auf dem Gebiet der Fabrikplanung und -organisation tätig. Anschrift: IMAB - TU Clausthal, Leibnizstraße 32, D-38678 Clausthal-Zellerfeld, E-Mail: webmaster@IMAB.TU-Clausthal.de Autor Dipl.-Ing. Dieter Geckler, geb. 1956; studierte an der Universität Hannover Maschinenbau, um danach bei einem Softwarehaus als Projektleiter zu arbeiten. Sein Schwerpunkt war dabei die Verbindung von Entwicklungssoftware (CAD) und Programmen der Fertigungsplanung. Seit 1990 ist er bei der Volkswagen AG in Wolfsburg in der Produktionstechnik tätig. Dieser Bereich plant und projektiert den weltweiten Aufbau der Volkswagenwerke. H. Geckler steuert dort die Einführung von Fertigungsplanungs- und Projektmanagementsoftware. Anschrift: Volkswagen AG Wolfsburg, Brieffach 1366/ 2, D-38436 Wolfsburg, E-Mail: dieter.geckler@volkswagen.de Layout A: Mittlere Dauer 36 Zeiteinheiten Layout B: Mittlere Dauer 31 Zeiteinheiten Abb. 8: Vergleichsmessung zweier Netzplanlayouts Digitale Kontrolle Geckler 23.01.01 ProSim Messprotokoll Geänderte Parameter (gelb) Messwerte bei 2.000 Durchläufen je Meßpunkt Nr Typ D P R F 0% 50% 100% 150% 200% 1 Aktivität 1 3 5 1 30 P 38 46 57 74 103 2 Aktivität 2 1 15 2 100 R 40 47 58 70 90 3 Aktivität 3 3 5 2 30 F 57 57 58 59 60 4 Aktivität 4 2 5 3 30 5 Aktivität 5 2 10 3 10 Standardwerte als Vergleich (gestrichelt) 6 Aktivität 6 2 10 3 30 P 37 45 56 70 92 7 Aktivität 7 6 5 2 50 R 40 46 56 67 85 8 Aktivität 8 6 5 2 10 F 56 55 56 57 58 9 Aktivität 9 1 0 0 0 10 Aktivität 10 3 5 3 50 11 Aktivität 11 2 3 2 50 12 Aktivität 12 2 3 2 50 13 Aktivität 13 3 5 1 50 14 Aktivität 14 5 7 2 50 15 Aktivität 15 4 7 2 30 16 Aktivität 16 2 7 2 50 17 Aktivität 17 1 15 4 100 18 Aktivität 18 3 10 3 50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dauer [ZE] P R F P R F Bemerkung: - Digitale Kontrolle - Zeitausgleich bei Anfertigung und Aufbau - Alle Aktivitäten Kontrolle: P + 2 % - Prüfaktivitäten: R + 1 Abb. 9: Muster für ein Messprotokoll bei der Optimierung des Projektlayouts