基于不確定完成時(shí)間的項(xiàng)目進(jìn)度控制模型及其應(yīng)用*

崔良中　郭福亮　梁英杰

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系　武漢　430033)

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基于不確定完成時(shí)間的項(xiàng)目進(jìn)度控制模型及其應(yīng)用*

崔良中郭福亮梁英杰

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系武漢430033)

摘要對(duì)電子裝備研發(fā)過程中的進(jìn)度控制問題進(jìn)行了研究。通過電子裝備研發(fā)過程的分析,指出各步驟完成時(shí)間的不確定性是其主要特征,針對(duì)傳統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)度控制方法存在的假設(shè)前提過于理想化,在實(shí)際應(yīng)用中偏差較大的問題,提出了基于不確定完成時(shí)間的解決方案,以關(guān)鍵路徑算法為基礎(chǔ),將研發(fā)過程中某一任務(wù)的完成時(shí)間設(shè)置為一個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)的某一點(diǎn),建立數(shù)學(xué)模型,通過最小化相同狀態(tài)下當(dāng)前方案與最優(yōu)解方案之間的差異,達(dá)到調(diào)整項(xiàng)目計(jì)劃安排的目的。實(shí)驗(yàn)證明,該方案更貼近于電子裝備項(xiàng)目研發(fā)的實(shí)際,可以有效地控制項(xiàng)目進(jìn)度并優(yōu)化。

關(guān)鍵詞電子裝備研發(fā); 關(guān)鍵路徑算法; 不確定完成時(shí)間; 項(xiàng)目進(jìn)度控制

Introduction and Application of Project Schedule Control Model Based on Uncertain Completion Time

CUI LiangzhongGUO FuliangLIANG Yingjie

(Department of Computer Engineering, Institution of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan430033)

AbstractThe process control problem in the development provess of electronic equipment is analyzed. The analysis of electronic equipment development process proves that the uncertainty on the completion time of each step is the main feature. For that the assumption of the traditional project schedule control methods realistic and there is large deviation in practical application, a solution based on uncertain completion time is proposed. Based on critical path algorithm, the completion time of task is set as a point within a time scope, and a mathematical model is established to the project plan by minimizing the difference between the scheme and optical solution under the same status. The experiment proves that the proposed solution is more close to the actual project of research and development of electronic equipment, and can effectively control and optimize the project schedule.

Key Wordselectronic equipment research and development, critical path algorithm, uncertain completion time, project schedule control

Class NumberO141.4

1引言

電子裝備項(xiàng)目具有創(chuàng)新性,這也導(dǎo)致了項(xiàng)目完成時(shí)間與質(zhì)量的不可預(yù)測(cè)性,為了盡可能地提高項(xiàng)目研發(fā)的成功率,同時(shí)保證項(xiàng)目能夠取得應(yīng)有的效益,對(duì)于整個(gè)研發(fā)過程進(jìn)行科學(xué)合理的進(jìn)度控制必不可少[1]。在項(xiàng)目管理的各個(gè)組成部分中,進(jìn)度控制管理直接影響到項(xiàng)目成本、項(xiàng)目質(zhì)量等方面。合理的進(jìn)度控制可以有效地對(duì)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制和管理,同時(shí),通過縮短研發(fā)時(shí)間,可以使電子裝備更早地投入應(yīng)用,更好地為生產(chǎn)者創(chuàng)造利益。

目前在項(xiàng)目進(jìn)度控制方面常用的方法包括:甘特圖法[2]、關(guān)鍵路徑法[3]、計(jì)劃評(píng)述法[4]、關(guān)鍵鏈項(xiàng)目管理法等[5],這些方法在特定的應(yīng)用條件和對(duì)象下,能夠取得較好的效果,但對(duì)于電子裝備項(xiàng)目管理,由于其存在著的任務(wù)完成時(shí)間不確定性,上述方法在進(jìn)度控制方面顯得力不從心[6～7]。

2電子裝備項(xiàng)目研發(fā)進(jìn)度控制

基于對(duì)電子裝備項(xiàng)目研發(fā)特點(diǎn)的分析,結(jié)合當(dāng)前所使用的進(jìn)度控制方法,分析目前存在的問題,并提出改進(jìn)方案。

2.1目前電子裝備項(xiàng)目研發(fā)進(jìn)度控制方法及存在的問題

目前對(duì)于電子裝備項(xiàng)目研發(fā)進(jìn)度的控制方法主要是基于網(wǎng)絡(luò)分析,而關(guān)鍵路徑法是其中最為典型的應(yīng)用,該方法將項(xiàng)目分解為多個(gè)子任務(wù),作為網(wǎng)絡(luò)圖中的結(jié)點(diǎn),并確定每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的最早和最晚開始及結(jié)束時(shí)間,然后確定關(guān)鍵路徑,并考慮不同任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。關(guān)鍵路徑算法在其他資料中介紹得較多,這里不再贅述。

關(guān)鍵路徑法、計(jì)劃評(píng)述法、關(guān)鍵鏈項(xiàng)目管理法等,都是首先建立子任務(wù)網(wǎng)絡(luò),尋找關(guān)鍵路徑,再通過對(duì)關(guān)鍵路徑研發(fā)時(shí)間的壓縮完成進(jìn)度的優(yōu)化控制,然而,上述方法并不一定適用于電子裝備的研發(fā)過程[8～9]。由于電子裝備研發(fā)過程中受到技術(shù)因素的影響較大,所以研發(fā)過程的重構(gòu)和重組已經(jīng)成為一種常態(tài)化的行為,而由于技術(shù)原因?qū)е碌捻?xiàng)目重做也時(shí)常發(fā)生;另一方面,由于設(shè)備因素和資金因素的約束,在某一時(shí)刻內(nèi),關(guān)鍵任務(wù)較易出現(xiàn)無法擁有充分資源的問題,從而影響到子任務(wù)的順利完成?；诰W(wǎng)絡(luò)分析的進(jìn)度管理方案對(duì)上述兩個(gè)方面都無法建立起合理的模型,進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)電子裝備研發(fā)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度控制的不力。

2.2基于不確定完成時(shí)間的進(jìn)度控制模型

結(jié)合關(guān)鍵路徑方法和PERT方法的優(yōu)點(diǎn),對(duì)現(xiàn)有的項(xiàng)目進(jìn)度控制方法進(jìn)行改進(jìn)。首先構(gòu)建子任務(wù)網(wǎng)絡(luò),然后引入不確定完成時(shí)間,設(shè)置最大后悔參數(shù),建立適用于電子裝備項(xiàng)目研發(fā)的進(jìn)度控制模型。

關(guān)鍵路徑方法和PERT方法對(duì)于子任務(wù)的完成時(shí)間都做了較為確定的假設(shè),而本方法則將網(wǎng)絡(luò)中某一結(jié)點(diǎn)的完成時(shí)間設(shè)置為某一個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)的任意點(diǎn)。時(shí)間范圍內(nèi)選擇任意一個(gè)點(diǎn)都可以生成一個(gè)進(jìn)度控制方案,因此,其關(guān)鍵路徑并非是唯一的,從而最終完成時(shí)間也是不確定的。通過對(duì)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和求解,可以使所選擇的關(guān)鍵路徑完成時(shí)間最大化接近于實(shí)際的完成時(shí)間。

在數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建過程中,引入了最大后悔值的相關(guān)理論,最優(yōu)化的進(jìn)度控制方案,應(yīng)使模型中的最大后悔值實(shí)現(xiàn)最小化。對(duì)于后悔值的定義,是指數(shù)據(jù)控制方案的理論結(jié)果與最優(yōu)結(jié)果之間的差值。

將電子裝備項(xiàng)目進(jìn)行任務(wù)分解,構(gòu)成一個(gè)無環(huán)的網(wǎng)絡(luò),定義為G=(N,E),N為節(jié)點(diǎn),代表子任務(wù)的起止時(shí)間,E為邊,代表子任務(wù)。

設(shè)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的路徑為M,則對(duì)于某一個(gè)控制方案,其最長(zhǎng)的路徑可以表示為式(1):

(1)

其中,如果邊(i,j)屬于x,則xij=1,如果不屬于,則xij=0。

對(duì)于可接受的進(jìn)度控制方案,都存在著一條關(guān)鍵路徑,我們所要做的工作,就是要根據(jù)實(shí)際的項(xiàng)目進(jìn)展情況,評(píng)估整個(gè)項(xiàng)目的完成時(shí)間。

具體到項(xiàng)目進(jìn)度控制方法,某一路徑的最大后悔值定義為:

對(duì)于某一方案的確定關(guān)鍵路徑x∈M,在所有可接受的方案序列S下,x最大的后悔值定義如式(2)所示:

R(x)=maxs∈S{maxy∈MR(y,Ts)-R(x,Ts)}

(2)

由此,對(duì)于項(xiàng)目進(jìn)度控制的優(yōu)化問題可描述為

R*=minx∈MR(x)

=minx∈Mmins∈S{maxy∈MR(y,Ts)-R(x,Ts)}

(3)

為了更清楚地對(duì)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建進(jìn)行描述,定義公式的表達(dá)方式如下:

(4)

則進(jìn)度控制時(shí)間可表示為如式(5)所示:

(5)

對(duì)于x∈M,式(6)成立

R(x)=Rs(x)(x)=Rs(x)-R(x,ts(x))

(6)

以上對(duì)數(shù)學(xué)模型的相關(guān)定義進(jìn)行了討論,以此為基礎(chǔ)建立進(jìn)度控制模型。

對(duì)于某一進(jìn)度控制方案s,節(jié)點(diǎn)1～n之間的最大后悔值如式(7)所示:

(7)

可證明,式(7)為凸函數(shù)。

電子裝備項(xiàng)目研發(fā)進(jìn)度控制的優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)是Rs(x)(x),可表示為式(8):

Rs(x)=minα1-αn

(8)

其中,(α1,α2,…,αn)是式(8)的可行解,利用式(9)對(duì)該表達(dá)式進(jìn)行重寫和描述:

(9)

式(9)是一個(gè)分段凸函數(shù),因此可以取到該函數(shù)的最大值。由此可以得到引入不確定時(shí)間和最大后悔值理論后的電子裝備項(xiàng)目研發(fā)進(jìn)度控制數(shù)學(xué)模型如式(10)所示:

(10)

3案例對(duì)比

為了驗(yàn)證所建立的電子裝備項(xiàng)目進(jìn)度控制方案的正確性,通過對(duì)同一個(gè)應(yīng)用案例使用兩種進(jìn)度控制方法進(jìn)行規(guī)劃,對(duì)比處理結(jié)果的方式進(jìn)行處理。

假設(shè)某一類型的電子裝備的研發(fā)過程包括以下幾個(gè)步驟:可行性分析、形成團(tuán)隊(duì)、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、需求分析、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)、內(nèi)部測(cè)試、試用測(cè)試。由此,將該裝備研發(fā)項(xiàng)目分解為九個(gè)子任務(wù),并構(gòu)建出子任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)圖,如圖1所示。

其中,節(jié)點(diǎn)1為起始點(diǎn),節(jié)點(diǎn)5為終止點(diǎn)。圖中的每一條線都代表一個(gè)子任務(wù),線上的前一個(gè)數(shù)字代表樂觀的完成時(shí)間,后一個(gè)數(shù)字代表悲觀的完成時(shí)間。

圖1　某電子裝備項(xiàng)目任務(wù)分解圖

利用傳統(tǒng)的關(guān)鍵路徑算法進(jìn)行處理,其目的是指到圖中總執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)的路徑,并且保證該路徑上的任務(wù)具有最高的資源所有權(quán)。根據(jù)關(guān)鍵路徑算法,得到最終的關(guān)鍵路徑為{(1,3),(3,4),(4,5)},如圖2所示。節(jié)點(diǎn)3的啟動(dòng)是以(1,3)和(2,3)兩個(gè)任務(wù)的結(jié)束為前提條件的,一旦上述兩個(gè)任務(wù)由于一些原因無法近期完成,則會(huì)對(duì)之后的工作造成較大的影響,進(jìn)而影響到整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度的控制,而在電子裝備項(xiàng)目的研發(fā)中,這種延誤的情況發(fā)生的可能性很大,甚至?xí)霈F(xiàn)重組等情況,所以關(guān)鍵路徑方法在電子裝備研發(fā)項(xiàng)目進(jìn)度控制的使用中,具有很大的局限性。

圖2　關(guān)鍵路徑法確定的項(xiàng)目進(jìn)度控制方案

利用基于不確定完成時(shí)間的項(xiàng)目進(jìn)度控制模型,可以較好地解決使用關(guān)鍵路徑方法存在的問題。根據(jù)其數(shù)學(xué)模型,對(duì)案例中的子任務(wù)和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理,得到:

minα1-9x12-3x13-8x14-6x15-4x23

-10x24-x25-10x34-2x45

x12+x13+x14+x15=1

x23+x24+x25-x12=0

x34-x13-x23=0

x45-x14-x24-x34=0

-x15-x25-x45=-1

α1-α2+x12≥10

α1-α3+12x13≥15

α1-α4+x14≥9

α1-α5+3x15≥9

α2-α3+x23≥5

α2-α4+5x24≥15

α2-α4+x25≥2

α3-α4+x34≥11

α4-α5+x45≥3

xij∈{0,1}

α5=0

圖3　不確定完成時(shí)間法的項(xiàng)目進(jìn)度控制路徑

4結(jié)語

由于電子裝備項(xiàng)目的研發(fā)受到技術(shù)因素、設(shè)備因素、資金因素等的影響,易發(fā)生子任務(wù)完成時(shí)間與計(jì)劃方案有較大差異,導(dǎo)致進(jìn)度控制困難的情況,研究了基于不確定時(shí)間的項(xiàng)目進(jìn)度控制模型,引入了最大后悔值理論,通過數(shù)學(xué)模型的建立和求解,實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵路徑的最優(yōu)化。實(shí)例證明,該方法相比于其他的項(xiàng)目進(jìn)度規(guī)劃控制方法,更貼合于電子裝備項(xiàng)目研發(fā)的特點(diǎn)和實(shí)際,能夠取得更好的控制效果。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Keefer D. Allocation planning for R&D with uncertainty and multiple objectives[J]. IEEE Transactions on Engineering Management,2011,52(1):8-14.

[2] Pappas A., Remer S. Measuring R&D productivity[J]. Research Management,2010,38(3):15-22.

[3] Song Lisa Z. Song Michael. The role of information technologies in enhancing R&D marketing integration: An empirical investigation[J]. Journal of Product Innovation Management,2011,27(3):382-401.

[4] Nakamura Yoshiaki, Watanabe Chirico. Management and the effect of MITI’s R&D project: Case study from a supercomputer project[J]. Tec Novation,2013,23(3):221-238.

[5] 李欣先.基于R&D項(xiàng)目階段的評(píng)估研究[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012(12):13-14.

[6] 周小橋.關(guān)鍵路徑法.確定項(xiàng)目工期及活動(dòng)時(shí)差[J].項(xiàng)目管理技術(shù),2012(3):42-45.

[7] 朱曙.項(xiàng)目進(jìn)度控制方法從CPM/PERT到CCM[J].硅谷,2011(2):82-83.

[8] Lawrence P Leach. Critical Chain Project management Improves project Performance[J]. Project Management Journal,2009(6):39-52.

[9] Tolga A. Cagri. Fuzzy multicriteria R&D project selection with a real options valuation model[J]. Journal of Intelligent and Fuzzy Systems,2011,19(4-5):359-371.

中圖分類號(hào)O141.4

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.01.029

作者簡(jiǎn)介:崔良中,男,碩士,講師,研究方向:計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

*收稿日期:2015年7月1日,修回日期:2015年8月27日