基于系統(tǒng)動力學(xué)的科研項目管理仿真研究

薛 雯，張 磊，齊林林

(1.東北電力大學(xué) 學(xué)報編輯部，吉林吉林132012;2.東北電力大學(xué) 科技產(chǎn)業(yè)處，吉林吉林132012)

系統(tǒng)動力學(xué)(System Dynamics，SD)是通過反饋控制理論、信息系統(tǒng)學(xué)、決策分析、計算機仿真技術(shù)等一系列方法，研究一種復(fù)雜動態(tài)變化問題的學(xué)科。系統(tǒng)動力學(xué)模型是一種因果機理模型，它主要解決系統(tǒng)內(nèi)部的機制，擅長處理長期性和周期性問題;在數(shù)據(jù)不足及某些參量難以量化時，以反饋環(huán)為基礎(chǔ)研究，處理高階層、非線性、時變的復(fù)雜問題［1］。SD主要了解整體系統(tǒng)的組成及各個組成部分的相互作用，并利用系統(tǒng)模型對其進行動態(tài)仿真實驗，考察系統(tǒng)在不同參數(shù)或不同策略因素輸入時的系統(tǒng)動態(tài)變化行為和趨勢，使決策者可嘗試各種條件下采取不同措施并觀察模擬結(jié)果，打破了從事社會科學(xué)實驗必須付出高成本的條件限制［2］。

本文根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)方法，從高?？蒲许椖可暾堈叩慕嵌确治隽丝蒲许椖抗芾硐到y(tǒng)中的非線性和和動態(tài)問題。通過定性與定量相結(jié)合、系統(tǒng)綜合推理的方法對科研項目管理系統(tǒng)模型中的工期拖延和經(jīng)費超支等問題進行研究。利用模型中的參數(shù)進行系統(tǒng)仿真，并對仿真結(jié)果進行分析說明和靈敏度評測。

一、科研項目管理系統(tǒng)動力學(xué)模擬仿真

假定該科研項目人均消耗資金為40 000元，科研人員調(diào)整時間為3小時，項目實際經(jīng)費為500 000元，預(yù)定結(jié)項日期為40天，單位項目消耗資金為1 500元，科研人員數(shù)目為INTEG(人員變化率，2)，計劃調(diào)整時間為6天。

把系統(tǒng)初始值累計實際完成項目設(shè)為INTEG(科研項目實際工作完成效率，0)，科研項目實際工作完成效率等于科研項目毛完成率乘以項目達標(biāo)率。在項目進展過程中，存在項目不達標(biāo)情況，需要返工，而項目的毛完成率就是項目沒有剔除需返工的工作情況下的完成率。未發(fā)現(xiàn)的待返工的項目同樣設(shè)為INTEG(待返工項目發(fā)生率-待返工項目檢出率，0)。檢出待返工項目所需要的時間設(shè)為TABLE(毛估完成百分比，0，1)，檢出待返工項目所需要時間=12/12/12/10/5/0.5，該式子表明檢出待返工項目所需要的時間是毛估完成百分比的表函數(shù)。實際工作效率權(quán)函數(shù)設(shè)為TABLE(毛估完成百分比，0，1，0.2)，實際工作效率 =0/0.1/0.25/0.5/0.9/1。科研人員調(diào)整函數(shù)設(shè)為 TZBLE(距結(jié)項時間，0，21，3)，科研人員數(shù) =0/0/0/0.1/0.3/0.7/0.9/1。

系統(tǒng)在選定初值和設(shè)置好參數(shù)后，進行系統(tǒng)圖仿真，結(jié)果如圖1所示。

從仿真結(jié)果中可以得出結(jié)論:

由圖1a表明，科研人員數(shù)量隨著項目的進行先上升后趨于穩(wěn)定。在項目進行過程中由于預(yù)測進度、預(yù)估經(jīng)費等可能出現(xiàn)突破計劃情況，加上項目質(zhì)量也隨之出現(xiàn)問題，科研人員數(shù)量也就要隨著增加，當(dāng)項目進展一切步入正軌以后，科研項目的工作人員數(shù)目便趨于穩(wěn)定了。

圖1a 科研人員數(shù)

圖1b 預(yù)結(jié)結(jié)項期

圖1c 待返工項目

圖1d 累計實際完成項目

圖1e 項目經(jīng)費消耗總數(shù)

圖1 模型仿真結(jié)果

圖1b表明，科研項目的結(jié)項時間的曲線先上升然后下降最后趨于平穩(wěn)。這是由于項目前期，人員之間協(xié)作交流以及對項目研究工作的熟悉等都處于磨合期，所以出現(xiàn)工期上升，有拖延工期的趨勢。但是項目管理者針對這種情況，對項目內(nèi)部的人員、財務(wù)、進度做出相應(yīng)的調(diào)整，項目步入正軌后進度就會按計劃進行，此時項目工期開始降低并趨于定值。

由圖1c表明，在科研項目進行的全過程中，待返工項目的曲線先上升后下降，隨著最后項目結(jié)項，待返工項目數(shù)量下降為零。在項目初始，由于項目系統(tǒng)中科研工作人員對項目所研究的內(nèi)容還處在一個起步階段，這段時期進行的研究，存在大量的階段性研究成果不達標(biāo)，需要返工重來。項目繼續(xù)進行之后，項目管理者相應(yīng)的調(diào)整工作人員實際工作效率等影響待返工項目數(shù)量的因素后，加上工作人員對所研究項目工作進一步加深，此時待返工項目數(shù)量一直下降。

在圖1d表明，累計實際完成項目數(shù)量的變化趨勢。在項目實施整個過程中，累計實際完成項目數(shù)呈現(xiàn)出上升趨勢，由于對項目人員、進度等快速地調(diào)整，使項目的毛工作效率趨于穩(wěn)定，這就使實際工作效率趨于穩(wěn)定，所以實際完成項目數(shù)穩(wěn)定上升。

圖1e和1f表明隨著時間增長，累計完工項目數(shù)不斷增加，所以經(jīng)費消耗總量增加，由于項目經(jīng)費是定值，所以剩余經(jīng)費減少。

從上述仿真結(jié)果分析知，模擬的曲線與實際項目內(nèi)部管理情況比較符合，能真實地反映出項目的實際變化情況，可以為實踐提供一些有價值的參考。

二、靈敏度分析

原方案為Current，在原方案里項目的達標(biāo)率為0.7，在保持其他的變量不發(fā)生變化的情況下，使項目達標(biāo)率上升為1，此時為方案二(即run2)。從圖2中可以看出來，在項目達標(biāo)率上升的情況下，在相同時間內(nèi)，累計實際完成的項目數(shù)量增加，斜率增大表明實際工作效率提高，同時由于達標(biāo)率上升，返工的項目數(shù)量減少，返工所消耗的資金較少，導(dǎo)致剩余資金增多，降低了資金突破原計劃導(dǎo)致經(jīng)費超支可能性。

圖2 模型對達標(biāo)率的靈敏度

圖3 模型對毛工作效率的靈敏度分析

在原方案(即Current)里項目的毛工作率為0.6，在保持其他變量不變的同時將毛工作率降上升為1，由圖3可以看出，工作效率提高，則在相同時間內(nèi)科研項目累計實際完成項目數(shù)量增加，并且項目的工作效率提高后，預(yù)估項目的結(jié)項期縮短，降低了出現(xiàn)科研項目時間拖延可能性。

三、結(jié) 語

本文運用系統(tǒng)動力學(xué)原理，從科研項目申請者的角度對高?？蒲心抗芾韺嵤┻^程進行分析。從仿真結(jié)果看，在項目進行過程中，為防止項目出現(xiàn)工期和經(jīng)費超支的情況，應(yīng)加強對項目的管理，時調(diào)整項目的科研人員數(shù)目，采取相關(guān)的措施來提高項目科研人員的工作效率，例如加強團隊協(xié)作、延長工作時間等，加快項目的進展速度，減少不必要開支造成的資金浪費，使科研項目保持較高的達標(biāo)率。由于科研項目管理本身的復(fù)雜性，本文在進行系統(tǒng)動力學(xué)模型建立的時候，不能將所有的因素一一考慮，因此本文的模型也存在一定的局限性，需要進一步改進和深入探討。

［1］ 張波，虞朝暉，孫強，等.系統(tǒng)動力學(xué)簡介及其相關(guān)軟件綜述［J］.環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2010(2):1-4.

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