Netzplantechnik

Der Begriff Netzplantechnik umfasst „alle Verfahren zur Analyse, Planung, Steuerung und Überwachung von Abläufen auf der Grundlage der Graphentheorie, wobei Zeit, Kosten, Einsatzmittel bzw. Ressourcen berücksichtigt werden können.“ Ein Netzplan ist die „graphische oder tabellarische Darstellung von Abläufen und der Abhängigkeiten.“ Die Netzplantechnik findet ihre Anwendung insbesondere darin, Projekte zu planen

Ziele

Ziel der Netzplanung ist die Planung der logischen Beziehungen zwischen den Vorgängen und der zeitlichen Lage der Vorgänge. Der Netzplan stellt die Basis für die Erstellung von Kommunikationsinstrumenten, wie z.B. Meilensteine, Balkenplan oder vernetzter Balkenplan dar.

Der Einsatz der Netzplantechnik soll vier wichtige Fragen beantworten:

Wie lange wird das ganze Projekt dauern? Welche Risiken treten dabei auf?
Welche kritischen Aktivitäten können das gesamte Projekt verzögern, wenn sie nicht rechtzeitig fertig werden?
Ist das Projekt im Zeitplan, wird es früher oder später fertig?
Wenn es früher fertig werden soll, was ist am besten zu tun, wie kann man eine Beschleunigung mit den geringsten Kosten erreichen?

Das Konzept der Netzplantechnik beruht auf der Erfahrung, dass wenige Aktivitäten, die den längsten Pfad durch das Netzwerk bilden, den Verlauf des gesamten Projektes bestimmen. Wenn diese "kritischen" Aktivitäten frühzeitig erkannt werden, können auch frühzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Das Management kann sich auf die kritischen Aktivitäten konzentrieren. Unkritische Aktivitäten können umgeplant werden, ohne das gesamte Projekt zu beeinflussen.

Die Netzplantechnik stellt ein Hilfsmittel dar, das vor allem folgenden Zwecken dient:

Die logischen Zusammenhänge eines Projektes vom Anfang bis zum Abschluss können übersichtlich dargestellt werden.
Für alle Vorgänge des Projektes kann mit Hilfe der Netzplantechnik ein Zeitplan entwickelt werden.
Ein kritischer Pfad und Ressourcenengpässe, welche die Einhaltung des Endtermins gefährden können, lassen sich leicht identifizieren.
Netzpläne bilden die Basis für die laufende Projektkontrolle und Terminüberwachung.

Bei der Netzplantechnik unterscheidet man entsprechend vier Teilaufgaben:

Strukturplanung
Zeitplanung: Vorgängen werden Zeitwerte zugeordnet (Zeitfenster)
Kostenplanung
Kapazitätsplanung: Planung der erforderlichen Produktionsmittel.

Grundlage für die Ablauf- und Terminplanung kann der Projektstrukturplan sein.

Die Technik wird Netzplantechnik genannt, weil die graphische Darstellung von Kreisen und Pfeilen in diesen Plänen, bei Projekten mit vielen Vorgängen, wie ein Netz aussieht. Vor der weiten Verbreitung von Computern, wurden Netzpläne noch mit dem Bleistift gezeichnet oder sie wurden mit Hilfe von lackierten Stahlblechen und Magneten angefertigt. Diese hatten den Vorteil, dass man Veränderungen des Projektes für damalige Verhältnisse schnell in die Projektplanung übernehmen konnte, ohne den Projektplan erneut zeichnen zu müssen.

Grundbegriffe

Vorgang

Ein Vorgang ist im Rahmen der Netzplantechnik eine abgegrenzte Arbeitseinheit, die zu einem bestimmten Zeitpunkt begonnen und einem bestimmten späteren Zeitpunkt beendet wird. Allgemeiner ausgedrückt: „Ein Vorgang ist ein Ablaufelement, das ein bestimmtes Geschehen beschreibt.“ (DIN 69900, Teil 1).

In der Netzplantechnik wird von „Vorgang“ gesprochen, im Gegensatz zur Terminologie des Projektmanagements, die die Bezeichnung „Arbeitspaket“ als Planungseinheit bevorzugt.

Vorgänge sind in der Regel Abschnitte des Projektablaufs; beim Ausnahmefall des Wartevorgangs findet jedoch kein Ablauf statt. Ein Vorgang kann mit anderen Vorgängen verknüpft sein: Beispielsweise müsste ein Vorgang „Socken anziehen“ beendet sein, bevor ein Vorgang "Schuhe anziehen" begonnen werden kann. Auf diese Abhängigkeiten wird weiter unten detailliert eingegangen.

Ein solcher Vorgang besitzt eine wesentliche Eigenschaft, seine Dauer. Aufgabe der Netzplantechnik ist, unter Berücksichtigung der Dauer der einzelnen Vorgänge und unter Berücksichtigung ihrer Abhängigkeiten zu ermitteln, wann die jeweiligen Vorgänge stattfinden. Der Rechenprozess beginnt je nach Bedarf entweder bei den Startvorgängen, und setzt von diesen ausgehend den frühestmöglichen Starttermin der nachfolgenden Vorgänge fest (Vorwärtsplanung), oder bei den letzten Vorgängen des Netzes (die keinen Nachfolger mehr haben), und setzt dann die spätesten Fertigstellungstermine der jeweils vorgelagerten Vorgänge fest (Rückwärtsplanung). Durch Kombination beider Methoden, ausgehend von einem definierten Start- und einem definierten Endtermin, ergeben sich dadurch für jeden Vorgang neben der Dauer folgende vier weitere wichtige Eigenschaften:

Frühester Anfangszeitpunkt (FAZ) (aus Vorwärtsplanung)
Frühestes Endzeitpunkt (FEZ) (aus Vorwärtsplanung und jeweiliger Dauer)
Spätestes Endzeitpunkt (SEZ) (aus Rückwärtsplanung)
Spätester Anfangszeitpunkt (SAZ) (aus Rückwärtsplanung und jeweiliger Dauer)

Termine eines Vorgangs $V_{ij}$ :

$FAZ_{ij}$ : Frühester Anfangszeitpunkt eines Vorgangs $V_{ij}=FZ_{i}$

$FEZ_{ij}$ : Frühester Endzeitpunkt eines Vorgangs $V_{ij}=FAZ_{ij}+D_{ij}$

$SEZ_{ij}$ : Spätester Endzeitpunkt eines Vorgangs $V_{ij}=SZ_{j}$ (unter Einhaltung des Projektendtermins)

$SAZ_{ij}$ : Spätester Anfangszeitpunkt eines Vorgangs $V_{ij}=SEZ_{ij}-D_{ij}$ (unter Einhaltung des Projektendtermins)

Pufferzeit

Die Pufferzeit ist ein zeitlicher Spielraum für die Ausführung eines Vorganges. Dieser Spielraum kann durch Verschiebung des Vorganges und/oder durch Verlängerung (Dehnung) der Vorgangsdauer genutzt werden.

Aus den Angaben mehrerer Vorgaben lassen sich im Netzplan anschließend vier Arten von Pufferzeit bestimmen:

Der Gesamtpuffer $GP_{i}$ eines Vorgangs i errechnet sich aus der Differenz von $SAZ_{i}$ (Spätester Anfangszeitpunkt von i) und $FAZ_{i}$ (Frühester Anfangszeitpunkt von i), bzw. $SEZ_{i}$ (Spätester Endzeitpunkt von i) und $FEZ_{i}$ (Frühester Endzeitpunkt von i). Das heißt, der Gesamtpuffer gibt an um wie viel sich der Vorgang verschieben lässt ohne das Projektende zu gefährden:

$GP_{i}=SAZ_{i}-FAZ_{i}=SEZ_{i}-FEZ_{i}$

Der Freie Puffer ist die Zeit, die den frühest möglichen Beginn bzw. Ende des Nachfolgers nicht gefährdet. (Formal: Alle Nachfolge-Vorgänge können in ihrer frühesten Lage durchgeführt werden). Er kann nur entstehen, wenn mindestens zwei abgeschlossene Vorgänge auf denselben Nachfolger treffen. Seine Berechnung erfolgt bei einer "Normalfolge" (Ende - Anfang) durch Bildung der Differenz von Frühestem Ende des betrachteten Vorgangs und dem Frühestem Beginn seines Nachfolgers. Bei einer Anfangsfolge (Anfang - Anfang) werden die frühesten Anfangstermine und bei einer Endfolge (Ende - Ende) die frühesten Endetermine der Vorgänge verglichen. Beispiel Anfangsfolge:

$FP_{i}=min_{j\in S(j)}(FAZ_{j}-b_{ij})-FEZ_{i}$

FP = FAZ(Nachf.) - FEZ

$b_{ij}$ = zeitlicher Mindestabstand zwischen Vorgang i und Vorgang j

$S_{j}$ = Menge der Nachfolger von Vorgang i

Der Freie Rückwärtspuffer ist die maximale Zeitspanne, um die der Vorgang vor seinem spätesten Anfangstermin beginnen darf, wenn alle vorhergehenden Vorgänge zum spätestmöglichen Termin enden. Er kann nur entstehen, wenn jeder beliebige Vorlieger zumindest zwei Nachfolger hat.

FRP_i,j = SAZ_j − SEZ_i − D_i,j

Der Unabhängige Puffer ist die maximale Zeitspanne, die der Vorgang verschoben werden darf, wenn alle vorhergehenden Vorgänge zum spätestmöglichen Termin enden und alle nachfolgenden Vorgänge zum frühestmögliche Termin beginnen sollen. Die Nutzung des unabhängigen Puffers hat somit keine Auswirkungen auf die Lage der Vorlieger und Nachfolger.

UP_i,j = max{0, FZ_j − SZ_i − D_i,j}

Von praktischer Bedeutung ist in erster Linie der GP (für den kritischen Weg/Pfad. GP = 0).

Kritischer Pfad

Der Kritische Pfad ist definiert als die Verkettung derjenigen Vorgänge, bei deren zeitlicher Änderung sich der Endtermin des Netzplanes (also der Endtermin aller Vorgänge ohne Nachfolger) verschiebt. Er wird in einem Netzplan durch diejenige Kette von Einzel-Aktivitäten bestimmt, welche in Summe die längste Dauer aufweist.

Die Aktivitäten, die auf dem kritischen Pfad liegen, bestimmen die Gesamtprojektdauer und stehen damit unter besonderer Beachtung der Projektleitung. Alle anderen Aktivitäten können im Rahmen ihrer Pufferzeit zeitlich verschoben oder verlängert werden, ohne die Gesamtprojektdauer zu verändern....

Weitere Begriffe

Ereignis: Ein Ereignis ist das Eintreten eines definierten Zustandes im Ablauf. Ereignisse stellen Zeitpunkte dar, zu denen bestimmte Teilvorgänge beendet sind oder andere beginnen sollen; der Anfang und das Ende eines Vorganges sind folglich Ereignisse. Ein Ereignis hat keine zeitliche Ausdehnung.
Anordnungsbeziehungen: Anordnungsbeziehungen kennzeichnen die logischen Abhängigkeiten zwischen Ereignissen oder Vorgängen. Bei der Aufeinanderfolge zweier Vorgänge A und B gibt es vier Möglichkeiten:
- Ende-Start: B kann begonnen werden, sobald A beendet worden ist (EA-Beziehung oder Normalfolge).
- Start-Start: B kann begonnen werden, sobald A begonnen worden ist (AA-Beziehung oder Anfangsfolge).
- Start-Ende: B kann beendet werden, sobald A begonnen worden ist (AE-Beziehung oder Sprungfolge).
- Ende-Ende: B kann beendet werden, sobald A beendet worden ist (EE-Beziehung oder Endfolge).

Ablaufstruktur: Die Ablaufstruktur eines Netzplanes wird durch die Gesamtheit der Anordnungsbeziehungen dargestellt

Beispiel eines Netzplans

Das Arbeiten mit Netzplänen lässt sich unterteilen in:

Entwurf als Zerlegung der Projektaufgabe in Vorgänge oder Ereignisse unter Berücksichtigung logischer und kausaler Zusammenhänge. Der Entwurf ist der wichtigste und auch schwierigste Teil der Arbeit, denn nur auf ihn kommt es an, ob das Ergebnis der Planung sinnvoll ist oder nicht.
Zeitanalyse in der Form einer Schätzung/Berechnung der Vorgangsdauern (bzw. Dauern zwischen zwei Ereignissen). Eine gute Schätzung der Zeiten ist die zweitwichtigste, ebenfalls schwere Aufgabe. Der Erkenntnisgewinn von Entwurf und Zeitschätzung sind viel größer als die anschließende Durchrechnung des Netzplans mit der Ermittlung des kritischen Pfads und der Zeitreserven.
Projektüberwachung durch Korrekturen am Netzplan und Überwachung des Projektfortschritts.

Bei einer umfassenden Anwendung sind auch Kosten- und Einsatzmittelanalysen möglich.

Vor dem Erstellen des eigentlichen Netzplans werden häufig die Abhängigkeiten der einzelnen Vorgänge und ihre Dauer in einer Tabelle erfasst.

Danach wird der Netzplan erstellt, wobei jeder Vorgang grafisch als Kästchen (Netzplanknoten) aufgezeichnet wird. An definierten Positionen wird eine Beschreibung, sowie Dauer, frühester Beginn, spätester Beginn, frühestes Ende und spätestes Ende notiert. Außerdem werden Felder für Gesamtpuffer und Freien Puffer reserviert.

Grafische Darstellung eines Vorgangs

Die einzelnen Kästchen pro Vorgang werden durch Pfeile verbunden, welche die Abhängigkeiten zwischen den Vorgängen abbilden. Da keine zyklischen Verkettungen erlaubt sind, lassen sich die einzelnen Vorgänge in ihrer notwendigen zeitlichen Abfolge von links nach rechts anordnen, parallele Pfade befinden sich dabei untereinander.

Einfaches Beispiel für einen Netzplan

Nun muss man die Pufferzeiten ausrechnen. Hierzu beginnt man mit dem frühesten Beginn des ersten Ereignisses und addiert seine Dauer. Das Ergebnis ist gleichzeitig der früheste Endzeitpunkt des aktuellen Vorgangs und der früheste Beginn des nächsten. Nachdem man mit dieser Vorwärtskalkulation beim letzten Vorgang angekommen ist, beginnt man von dort mit der Rückwärtskalkulation. Das früheste Ende des letzten Vorganges wird als spätestes Ende übernommen und ergibt mit der Dauer des Vorganges seinen spätesten Beginn. Die Differenz zwischen frühestem- und spätestem Beginn ergibt den Gesamtpuffer.

Anschließend kann man dem hier gezeigten Beispielnetzplan die folgenden Informationen entnehmen:

Das Projekt ist nach frühestens sechs Tagen beendet.
Der kritische Weg umfasst die Vorgänge AA und CC.
Der Vorgang BB kann auch erst nach einer Pufferzeit von zwei Tagen gestartet werden, ohne das Projekt zu gefährden.

Arten von Netzplänen

Es gibt verschiedene Arten und Varianten von Netzplänen. Es werden folgende Arten von Netzplänen unterschieden:

Vorgangspfeilnetzplan (VPN): Bei einem Vorgangspfeilnetzplan werden Vorgänge als Pfeile dargestellt, die logische Reihenfolge geht aus der Anordnung der Knoten (Beginn/Ende der Vorgänge) hervor (Beispiel Methode des kritischen Pfades (CPM))
Entscheidungs-Netzplan (ENP): Entscheidungs Netzpläne basieren auf der Vorgangspfeil Netzplantechnik und enthalten als stochastisches Element zusätzlich Entscheidungsknoten mit wahlweise benutzbaren Aus- und Eingängen. An den Ausgängen können den weiterführenden Wegen Wahrscheinichkeitswerte zugeordnet werden.
Ereignisknotennetzplan (EKN): Bei einem Ereignisknotennetzplan werden Ereignisse (Zustände) als Knoten und die zeitliche Abhängigkeiten werden als Pfeile dargestellt. (Beispiel: Program Evaluation and Review Technique (PERT))
Vorgangsknotennetzplan (VKN): Bei einem Vorgangsknotennetzplan werden Vorgänge als Knoten dargestellt, aus den Pfeilen sind Anordnungs- und Reihenfolgebeziehungen ersichtlich (Beispiel: Metra Potential Method (MPM))

In gegenwärtig verfügbaren Netzplantechnikprogrammen sind die Methoden vermischt und nicht mehr sehr relevant. Als allgemeine Anwendungsempfehlung sollten Vorgangs-Pfeil-Netzpläne, z.B. CPM, dann zur Anwendung kommen, wenn das Projekt einfache Anordnungsbeziehungen, die selten geändert werden müssen. CPM-Netzpläne sind weniger geeignet für Kosten- und Einsatzmittelplanung. Vorgangs-Knoten-Netzpläne, z.B. MPM, haben den Vorteil, dass den Vorgangsknoten viele unterschiedliche Informationen zugeordnet werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie sich relativ schnell ändern lassen. Ereignis-Knoten-Netzpläne wie PERT sollten bei Projekten verwendet werden, bei denen die Vorgänge entweder zeitlich oder strukturell nicht genau vordefiniert werden können (stochastische Netzplanmethode).

Aufgrund ihrer relativ einfachen Handhabung sind CPM und MPM am weitesten verbreitet.

Vorteile der Netzplantechnik

Der Netzplan ist eine sehr verständliche, anschauliche und aussagekräftige Darstellung, weil der Netzplan einen ausgezeichneten Überblick über die Gesamtheit der Teilvorgänge eines Projekts und deren gegenseitigen Abhängigkeiten liefert. Durch die Abbildung des gesamten Projekts durch den Netzplan besteht die Notwendigkeit das gesamte Projekt zu durchdenken und sich nicht auf ein jeweiliges Teilprojekt zu versteifen. Der Netzplan an sich ist schnell erfassbar und daher auch leicht aktualisierbar und ermöglicht eine relativ exakte Vorhersage wichtiger Zwischentermine und des Endtermins. Weiterhin sind beim Netzplan zeitliche Engpässe (kritischer Pfad) und Pufferzeiten leicht erkennbar, da durch Projektmanagementsoftware zum Beispiel verschiedene Farben für Vorgänge des kritischen Pfads vergeben werden können.

Im Gegensatz zur Planung mit Balkendiagrammen kann in der Netzplantechnik zwischen Ablauf- und Terminplanung unterschieden werden. Durch die Möglichkeit der Darstellung der logischen Abhängigkeiten zwischen Vorgängen kann ein Ablaufplan unabhängig von terminlichen Annahmen entwickelt werden. Kurz zusammengefasst lässt sich sagen:

Netzpläne bilden eine verständliche, anschauliche und aussagekräftige Darstellung des gesamten Projektablaufes.
Sie sind schnell erfassbar und leicht aktualisierbar (sofern die Projektdaten elektronisch verarbeitet werden).
Kritische Vorgänge und Engpässe sind leicht erkennbar.
Bei ihrer Erstellung ist es notwendig, das gesamte Projekt zu durchdenken.
Ein Großteil der erhältlichen Projektmanagementsoftware unterstützt Netzplantechnik.

Nachteile der Netzplantechnik

Die grafische Darstellung, der Netzplan, wird häufig für größere Projekte eingesetzt, kleinere Projekte lassen sich in einer daraus abgeleiteten Darstellung, dem Balkenplan (Gantt-Diagramm) zum Teil etwas anwenderfreundlicher darstellen. Alternativen zur Netzplantechnik wären die eben genannte Gantt- oder die PLANNET-Technik (eine Weiterentwicklung der Gantt-Technik).
Wenn der Netzplan zu detailliert geplant ist, ist dies mit enorm hohem Kontrollaufwand gleichzusetzen, da bis zu 200 Teilvorgänge gleichzeitig up–to–date sein müssen, da sonst Verzerrungen in der Planung auftreten. Wenn der Netzplan zu abstrakt aufgebaut ist und Arbeitsschritte unverständlich beschrieben sind, dann ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass dieser von den Anwendern nicht verstanden wird. Netzplanaktivitäten, die einem sehr starken Veränderungsprozess unterliegen, sind nicht kontrollfähig. Das führt zu häufig unrealistischen Plänen und dazu, dass der Planer den Dingen hinterherhinkt.

Siehe auch