基于系統(tǒng)動力學(xué)的高技術(shù)工程項目成本管理研究

張善從　董曉歡

摘要：高技術(shù)工程項目成本管理系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，具有多因素、非線性等典型系統(tǒng)動力學(xué)特點。在高技術(shù)工程項目管理中，質(zhì)量、進度、成本缺一不可，三者相互作用與影響。文章在進行實地調(diào)研與分析的基礎(chǔ)上，建立高技術(shù)工程項目成本管理系統(tǒng)動力學(xué)模型，并通過Vensim軟件進行系統(tǒng)仿真模擬。仿真結(jié)果顯示，加強項目質(zhì)量控制力度、重視項目人才培養(yǎng)，可以在一定程度上改善高技術(shù)工程項目成本管理狀況，并可提高進度水平，對工程實踐具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：高技術(shù)工程項目；成本管理；系統(tǒng)動力學(xué)模型；系統(tǒng)仿真

一、 前言

我國經(jīng)濟發(fā)展和綜合國力的提高，對高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提出了更高要求。在實現(xiàn)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)科技帶動作用及廣泛社會影響力的同時，其經(jīng)濟效益的提升也受到更多重視。對高技術(shù)工程項目實施有效的成本管理，從而降低工程成本，提高經(jīng)濟效益，是工程項目順利完成的必要保證，更是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)持續(xù)蓬勃發(fā)展的必要條件。然而，由于高技術(shù)工程項目技術(shù)難度大、可靠性要求高且系統(tǒng)復(fù)雜，其成本支出存在較強的不可預(yù)見性，成本管理具有較大難度。如何描述高技術(shù)工程項目成本管理中各個因素間復(fù)雜的反饋關(guān)系，從而有效識別成本管理的關(guān)鍵點，提高成本管理效率，具有十分重要的研究意義。

高技術(shù)工程項目成本管理以圓滿完成工程任務(wù)為最終目標，質(zhì)量、進度、成本等多因素相互作用，形成多重非線性反饋系統(tǒng)，具有多因素、非線性、系統(tǒng)復(fù)雜等典型系統(tǒng)動力學(xué)特點。運用系統(tǒng)動力學(xué)方法，對高技術(shù)工程項目成本管理系統(tǒng)進行模擬仿真，可以為工程實踐提供一定的政策指導(dǎo)。

二、 系統(tǒng)動力學(xué)方法簡介

系統(tǒng)動力學(xué)（System Dynamics，以下簡稱SD）是系統(tǒng)科學(xué)理論與計算機仿真緊密結(jié)合、研究系統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)與行為的一門科學(xué)，是系統(tǒng)科學(xué)與管理科學(xué)的一個重要分支。系統(tǒng)動力學(xué)認為，系統(tǒng)的行為模式與特性主要取決于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與反饋機制，只有把整個系統(tǒng)作為一個反饋系統(tǒng)才能得出正確的結(jié)論。系統(tǒng)動力學(xué)是一個視角，可以幫助我們理解復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為特征。

根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)建模方法，首先需要對現(xiàn)實系統(tǒng)進行觀測，提煉出具有代表性的數(shù)據(jù)和信息，得到模型結(jié)構(gòu)框架，繪制SD模型因果反饋回路圖。這是建模的“定性”階段。進一步，需要區(qū)分變量性質(zhì)，明確系統(tǒng)的反饋形式和控制規(guī)律，在存量流量圖的基礎(chǔ)上，建立模型方程與函數(shù)關(guān)系。這可以視為模型的“定量”階段。最后，進行模型仿真，通過改變既定參數(shù)，觀察模型的運行結(jié)果，進行政策分析。

三、 高技術(shù)工程項目成本管理SD模型構(gòu)建

1. 高技術(shù)工程項目成本管理特點及模型邊界。在高技術(shù)工程項目管理中，質(zhì)量、進度、成本三大要素缺一不可。一方面，質(zhì)量是高技術(shù)工程項目的生命線，由于高技術(shù)工程項目大多關(guān)系國計民生，嚴格的可靠性要求是其必須滿足的條件之一；另一方面，嚴格進度的進度要求也是高技術(shù)工程項目區(qū)別于一般項目的顯著特征，關(guān)鍵里程碑的時點保證，是工程順利完成的必要保障。

在這樣的總體條件下，高技術(shù)工程項目成本管理面臨重大挑戰(zhàn)。高技術(shù)工程項目在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及系統(tǒng)集成等方面存在較大的不確定性，加之其投資規(guī)模大、研制周期長、系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，高技術(shù)工程項目成本支出影響因素眾多，其間存在復(fù)雜的因果反饋關(guān)系，具有典型的系統(tǒng)動力學(xué)特征。

高技術(shù)工程項目成本管理SD模型中，模型邊界設(shè)定為影響項目成本支出的相關(guān)因素。結(jié)合項目實際情況，主要選取與質(zhì)量、進度、人員投入等方面有關(guān)的變量，重點研究三大要素間的相互影響關(guān)系。

2. 因果反饋關(guān)系分析。高技術(shù)工程項目成本管理SD模型中的因果反饋關(guān)系主要圍繞質(zhì)量、進度與成本展開。較高的質(zhì)量要求在一定程度上延長了項目進度，從而提升了項目成本；但高質(zhì)量的研發(fā)成果減少了返工率，對成本控制具有良好貢獻。寬松的項目進度為質(zhì)量保證工作提供了可用時間，有益于項目質(zhì)量的提高；緊張的項目進度需要額外的人力與時間投入，使得項目成本上升。而一個較高的項目成本預(yù)算，可以為質(zhì)量與進度的保證提供必要的成本支持，改善項目質(zhì)量與進度情況。

根據(jù)各變量之間的因果反饋關(guān)系，繪制如圖1所示的因果回路圖。

3. 模型存量流量結(jié)構(gòu)。在因果回路圖中提取關(guān)鍵變量，構(gòu)建高技術(shù)工程項目成本管理SD模型的存量流量結(jié)構(gòu)。分別選取累計使用經(jīng)費、剩余可用經(jīng)費、累計完工量、剩余工作量、預(yù)計完工時間作為狀態(tài)變量，設(shè)置經(jīng)費使用速率、毛生產(chǎn)速率、返工率及完工時間增長率等速率變量。此外，設(shè)定單位工作量成本、質(zhì)量成本、培訓(xùn)成本、質(zhì)量受控比率、培訓(xùn)比率、總工作量、研發(fā)效率及管理效率等常量。繪制存量流量圖如圖2所示。

4. 模型主要方程。根據(jù)存量流量圖所示的變量間關(guān)系，建立高技術(shù)工程項目成本管理SD模型方程。模型中狀態(tài)變量與速率變量的方程如下：

累計使用經(jīng)費.K=累計使用經(jīng)費.J+DT（經(jīng)費使用速率）

剩余可用經(jīng)費.K=剩余可用經(jīng)費.J-DT（經(jīng)費使用速率）

經(jīng)費使用速率=月均工作量×單位工作量成本×（累計使用經(jīng)費/預(yù)算總經(jīng)費）×剩余可用經(jīng)費

預(yù)算總經(jīng)費=（3000+質(zhì)量受控比例×質(zhì)量成本+培訓(xùn)成本×培訓(xùn)比例）×（1+返工率）

累計完工量.K=累計完工量.J+DT（毛生產(chǎn)速率-返工率）

剩余工作量.K=剩余工作量.J+DT（返工率-毛生產(chǎn)速率）

毛生產(chǎn)速率=研發(fā)效率×管理效率×（1+培訓(xùn)比例）×（累計完工量/總工作量）×剩余工作量

返工率=一般返工率/質(zhì)量受控比例

預(yù)計完工時間.K=預(yù)計完工時間.J+DT（完工時間增長率）

完工時間增長率=1/（毛生產(chǎn)速率-返工率）

其中，K、J表示時間點，DT表示速率變量對時間的積分。

高技術(shù)工程項目成本管理SD模型共含13個方程，其中狀態(tài)方程5個，速率方程4個，輔助方程4個。狀態(tài)方程與速率方程列示如上，其余輔助方程在此不予贅述。

四、 高技術(shù)工程項目成本管理SD模型系統(tǒng)仿真

1. 模型測試及參數(shù)設(shè)定。對高技術(shù)工程項目成本管理SD模型進行模型邊界測試、模型結(jié)構(gòu)及行為測試以及量綱一致性測試，均通過系統(tǒng)檢驗，從而驗證模型的有效性和實用性。

基于對某高技術(shù)工程項目的實地調(diào)研情況以及相關(guān)文獻的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，進行高技術(shù)工程項目成本管理SD模型的變量及參數(shù)設(shè)置。在此采用系統(tǒng)動力學(xué)專用處理軟件Vensim進行系統(tǒng)仿真。首先設(shè)定模型模擬時間為12個月，時間步長為1。之后設(shè)定各變量方程，并輸入起始值，主要變量方程如上所述。

根據(jù)模型研究目標，在系統(tǒng)仿真中，主要觀察質(zhì)量要求的變化對于項目成本支出的影響，以及影響項目研發(fā)團隊實力的人才培訓(xùn)情況產(chǎn)生的影響。首先設(shè)定模型初始狀態(tài)，將其命名為Current：

質(zhì)量受控比例0.8，培訓(xùn)比例0.05，研發(fā)效率0.3項/月，管理效率0.85，預(yù)算總經(jīng)費基數(shù)3 000萬元，總工作量20項。

2. “質(zhì)量受控比例”變化模型仿真。質(zhì)量受控比例在模型中被定義為，在工程研制過程中，質(zhì)量受控環(huán)節(jié)占總工作量的比例。為研究工程質(zhì)量對項目成本的影響作用，將Current中值為0.8的質(zhì)量受控比例提高至0.9，其他參數(shù)保持不變，將這種狀態(tài)命名為Current2。利用Vensim軟件得到仿真結(jié)果如圖3所示。

提高質(zhì)量受控比例，意味著加強高技術(shù)工程項目質(zhì)量管理力度。圖3中得到的仿真結(jié)果顯示，項目累計使用經(jīng)費隨質(zhì)量受控比例的提高而略有降低。這表明，質(zhì)量管理力度提高所帶來的經(jīng)費減少額度大于其本身所消耗的質(zhì)量成本。進一步的，對提高質(zhì)量受控比例后的系統(tǒng)進行累計完工量的模擬仿真，考察質(zhì)量提高對進度的影響作用。仿真結(jié)果如圖4所示。

由仿真結(jié)果可以看出，工程質(zhì)量受控比例的提高，使得同期累計完工量有一定程度的增長。這是由于質(zhì)量管理力度加強后，工程返工率減少，同期累計完工量增長。由此可以得出結(jié)論：高技術(shù)工程項目質(zhì)量管理力度的提升，會降低工程成本支出，同時可以提高工程進度水平，對于工程進展具有良好的促進作用。

3. “培訓(xùn)比例”變化模型仿真。高技術(shù)工程項目研制中，對項目研發(fā)參與人員進行培訓(xùn)，可以在一定程度上提高其研發(fā)水平，進而影響工程成本與進度，對其進行仿真研究。將Current狀態(tài)下值為0.05的“培訓(xùn)比例”提高至0.15，并將此種狀態(tài)命名為Current3。累計使用經(jīng)費與累計完工量的仿真結(jié)果分別如圖3與圖4所示。

仿真結(jié)果顯示，“培訓(xùn)比例”的提高，可以降低項目累計成本支出，同時可以提高工程同期累計完工量。這可能歸功于毛生產(chǎn)率的提高與實際返工率的降低。根據(jù)這一仿真結(jié)果，在實際工作中，加強對研發(fā)人員的培訓(xùn)力度，可以為高技術(shù)工程項目輸入高質(zhì)量的研發(fā)與管理人才，從而提高工程項目生產(chǎn)率，并降低成本支出。

最后，觀察經(jīng)費使用速率的變化。圖5是在上述Current2及Current3狀態(tài)下的經(jīng)費使用速率仿真結(jié)果。從圖中可以看出，高技術(shù)工程項目質(zhì)量受控比例與培訓(xùn)比例的提高，都降低了其經(jīng)費使用速率的峰值與平均水平，并且使得經(jīng)費支出速率變得較為平緩。平緩的經(jīng)費支出速率更容易得到觀察與控制，相對較小的經(jīng)費支出波動也是工程項目平穩(wěn)推進的良好保障。

五、 結(jié)語

高技術(shù)工程項目具有重大的社會意義與經(jīng)濟意義，其成本管理任重而道遠?；趯Ω呒夹g(shù)工程項目的實地調(diào)研，文章構(gòu)建了高技術(shù)工程項目成本管理的系統(tǒng)動力學(xué)模型，在描繪系統(tǒng)復(fù)雜反饋關(guān)系的基礎(chǔ)上，以方程對系統(tǒng)模型進行了定量約束。最后，利用Vensim軟件進行了系統(tǒng)仿真。

仿真結(jié)果顯示，提高高技術(shù)工程項目質(zhì)量管理水平，可以降低工程實際返工率，進而影響經(jīng)費使用速率與毛生產(chǎn)速率，從而在一定程度上降低項目成本支出，并且對項目進度產(chǎn)生促進作用。而通過提高研發(fā)人員培訓(xùn)力度，可以提升團隊研發(fā)能力，降低工程返工率、提高毛生產(chǎn)速率，從而有效降低高技術(shù)工程項目的成本支出，提高單位時間完工量。高技術(shù)工程項目的發(fā)展以人為本，優(yōu)秀的人才輸入，良好的團隊建設(shè)，是我國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的根本保證。

參考文獻：

1. 鐘永光，賈曉菁，李旭.系統(tǒng)動力學(xué).北京：科學(xué)出版社，2009.

2. 周黎莎，李晨，余順坤.智能電網(wǎng)工程項目管理模型的系統(tǒng)動力學(xué)仿真研究.華東電力，2012，（1）：31-34.

3. 張棟，羅飛，羅小明.武器裝備全壽命費用宏觀控制的系統(tǒng)動力學(xué)模型.國防科技大學(xué)學(xué)報，2005，（3）：111-114.

重點項目：中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向項目“面向航空航天領(lǐng)域的光纖總線關(guān)鍵技術(shù)研究”（項目號：KGCXZ-YW-420）。

作者簡介：張善從，中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用中心空間物理學(xué)博士，中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心專業(yè)技術(shù)部主任、研究員、碩士生導(dǎo)師；董曉歡，中國科學(xué)院大學(xué)、中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心碩士生。

收稿日期：2013-05-27。