一種基于圖結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理復(fù)雜性度量方法

楊德慶

(中國(guó)武警部隊(duì)參謀部，北京 100089)

0 引言

網(wǎng)絡(luò)信息體系是我軍未來建設(shè)和發(fā)展的重點(diǎn)。而其建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的體系工程，主要體現(xiàn)在工程規(guī)模大、技術(shù)種類多、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、項(xiàng)目參與單位廣、建設(shè)環(huán)境復(fù)雜。受需求變更、研制目標(biāo)、外部環(huán)境、部門溝通協(xié)調(diào)等多種不確定因素的影響，工期延誤、成本超支、溝通協(xié)作交接不暢等問題給工程建設(shè)帶來了許多新的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)，增加了工程項(xiàng)目的復(fù)雜性。研究表明，項(xiàng)目的成功與項(xiàng)目的復(fù)雜性密切相關(guān)，傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理方法已不足以適應(yīng)當(dāng)前項(xiàng)目的復(fù)雜性。因此，需要發(fā)展項(xiàng)目管理學(xué)科的新理論、新方法，來應(yīng)對(duì)項(xiàng)目復(fù)雜性問題的挑戰(zhàn)，越來越多的人開始認(rèn)識(shí)到項(xiàng)目復(fù)雜性對(duì)項(xiàng)目的順利完成有著決定性影響。

國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者已經(jīng)對(duì)工程項(xiàng)目的復(fù)雜性及其管理復(fù)雜性進(jìn)行了大量研究。BOSHC-REKVELDT M[1]探討了工程項(xiàng)目復(fù)雜性的框架，從技術(shù)、組織、環(huán)境三個(gè)方面進(jìn)行了深入分析。VIDAL L A等人[2]認(rèn)為項(xiàng)目復(fù)雜性的驅(qū)動(dòng)因素與項(xiàng)目大小、種類、項(xiàng)目間關(guān)系以及環(huán)境有關(guān)，并且利用層次分析法來評(píng)估項(xiàng)目復(fù)雜性。BACCARINI D[3]認(rèn)為復(fù)雜性對(duì)項(xiàng)目管理過程的重要性已經(jīng)形成共識(shí)。例如，項(xiàng)目復(fù)雜性直接決定著計(jì)劃、協(xié)調(diào)、控制的要求，能夠影響項(xiàng)目在時(shí)間、成本、質(zhì)量等方面的目標(biāo)識(shí)別。WYSOCKI R K[4]指出傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理模型(Traditional Project Management，TPM)已經(jīng)不適合應(yīng)用的需求并提出了一種新的項(xiàng)目管理方法：適應(yīng)性項(xiàng)目框架(Adaptive Project Framework,APF)。張憲[5]認(rèn)為項(xiàng)目管理復(fù)雜性已經(jīng)成為了項(xiàng)目管理研究前沿和熱點(diǎn)。樂云[6]認(rèn)為項(xiàng)目復(fù)雜性給項(xiàng)目管理帶來了新的挑戰(zhàn)。BOUSHAALA A[7]認(rèn)為項(xiàng)目復(fù)雜性表現(xiàn)在兩方面，分別是技術(shù)復(fù)雜性和管理復(fù)雜性，其中，技術(shù)復(fù)雜性影響著工程建設(shè)的困難程度，管理復(fù)雜性影響著項(xiàng)目的進(jìn)度、成本、風(fēng)險(xiǎn)和溝通等，并構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性系數(shù)(Coefficient of Network Complexity，CNC)來衡量復(fù)雜性。JAAFARI A[8]認(rèn)為傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理方法面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn)，急需對(duì)項(xiàng)目管理重新定義，加強(qiáng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜社會(huì)挑戰(zhàn)的問題研究，并從診斷學(xué)的理論和應(yīng)用方面評(píng)估了項(xiàng)目在壽命期間的健康程度。

網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理涉及需求、項(xiàng)目范圍、項(xiàng)目進(jìn)度、成本、質(zhì)量、風(fēng)險(xiǎn)、物資、人力資源、信息溝通、項(xiàng)目協(xié)作等內(nèi)容，具有管理對(duì)象種類多、要素層次關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜、受環(huán)境影響不斷演化的特點(diǎn)，是一個(gè)典型的開放式復(fù)雜巨系統(tǒng)，主要面臨三個(gè)層面挑戰(zhàn)：一是項(xiàng)目層面，整個(gè)項(xiàng)目表象是單個(gè)項(xiàng)目，實(shí)質(zhì)上是由眾多不同特點(diǎn)、不同層次的項(xiàng)目(課題)組成的復(fù)雜項(xiàng)目群，既包括體系、系統(tǒng)、分系統(tǒng)、裝備、模塊、元器件等不同層次的項(xiàng)目，也涉及科技創(chuàng)新、工程研制等不同類型的研制任務(wù)；二是組織管理層面，項(xiàng)目組織體系由跨領(lǐng)域、跨單位的眾多研發(fā)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合承擔(dān)，需要對(duì)各層各類項(xiàng)目相關(guān)范圍、進(jìn)度、成本、質(zhì)量、資源、信息、風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有序的集成化管理，確保項(xiàng)目管理活動(dòng)的高效性；三是技術(shù)層面，應(yīng)按照體系工程方法有序推進(jìn)，即以能力定義為起點(diǎn)，通過頂層設(shè)計(jì)，提出統(tǒng)一的架構(gòu)體系與標(biāo)準(zhǔn)體系、關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品體系，規(guī)范各層次產(chǎn)品研制和體系建設(shè)，并增量式地集成以交付最終“能力”。因此，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理的研究，必須運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，通過引入耗散結(jié)構(gòu)、突變論、自組織、涌現(xiàn)性等復(fù)雜性理論，開展網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理復(fù)雜性研究，為在網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理中更好地評(píng)估和降低復(fù)雜性提供理論和方法指導(dǎo)。

本文針對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理復(fù)雜性如何刻畫、分析以及度量等基礎(chǔ)問題，分析了網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理的復(fù)雜性和復(fù)雜性指標(biāo)體系，提出了基于圖結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理復(fù)雜性度量方法，揭示復(fù)雜性在網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理全壽命周期中的發(fā)展演化機(jī)制，為網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目的復(fù)雜性管理提供參考和依據(jù)。

1 網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理復(fù)雜性結(jié)構(gòu)

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理的復(fù)雜性，基于項(xiàng)目全壽命周期的管理角度，從工程規(guī)劃計(jì)劃管理、研制階段管理、研制項(xiàng)目管理、體系運(yùn)行管理4個(gè)方面，建立網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理復(fù)雜性度量模型，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理復(fù)雜性度量指標(biāo)體系

按照復(fù)雜性理論，系統(tǒng)復(fù)雜性來源于系統(tǒng)的規(guī)模、結(jié)構(gòu)、環(huán)境、運(yùn)行、演化以及人的理性的復(fù)雜性等方面。網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理的規(guī)模，項(xiàng)目參與主體相互關(guān)聯(lián)、相互制約，體系建設(shè)過程中受到外界環(huán)境的影響，以及在工程建設(shè)中，在不同的層次和位置上，如進(jìn)行項(xiàng)目決策、任務(wù)執(zhí)行、信息處理、上報(bào)等環(huán)節(jié)，均可能存在人的因素，這些都對(duì)應(yīng)了復(fù)雜性來源理論。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理對(duì)象和運(yùn)行模式，將其復(fù)雜性來源分別歸納為需求、項(xiàng)目范圍、參與主體、技術(shù)、成本、環(huán)境、信息、風(fēng)險(xiǎn)等9個(gè)因素，通過進(jìn)一步細(xì)化分解可構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理復(fù)雜性度量評(píng)估指標(biāo)體系。其中，需求因素主要包括需求多樣性、需求獲取不準(zhǔn)確、需求表述不規(guī)范、需求涉及眾多利用相關(guān)方、需求易變更、需求對(duì)時(shí)間敏感等指標(biāo)；項(xiàng)目范圍因素主要包括項(xiàng)目范圍的定義、項(xiàng)目范圍的變更、項(xiàng)目范圍的控制、項(xiàng)目范圍的確認(rèn)、項(xiàng)目范圍的管理過程等指標(biāo)；參與主體因素主要包括主體數(shù)量龐大、主體多元性、主要要素類別多樣、主要的相互依賴、主要的合作性等指標(biāo)；技術(shù)因素主要包括技術(shù)存量程度、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)難度、技術(shù)融合關(guān)聯(lián)、技術(shù)體制的多樣性、技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性等指標(biāo)；成本因素主要包括需求不確定性、計(jì)劃不落實(shí)性、規(guī)模和任務(wù)量的不確定性、進(jìn)度和質(zhì)量限制、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)、人員技能水平、項(xiàng)目成果要求等指標(biāo)；環(huán)境因素主要包括環(huán)境類別多樣、環(huán)境變化不確定、不可抗力事件的發(fā)生、環(huán)境動(dòng)態(tài)性、環(huán)境影響模式多樣等指標(biāo)；時(shí)間因素主要包括項(xiàng)目規(guī)劃計(jì)劃、項(xiàng)目進(jìn)度、階段時(shí)間跨度等指標(biāo)；信息因素主要包括信息來源多樣性、任務(wù)信息復(fù)雜性、信息分類復(fù)雜性、信息獲取、處理和分發(fā)的不一致性等指標(biāo)；風(fēng)險(xiǎn)因素主要包括項(xiàng)目的未來性、項(xiàng)目環(huán)境的變化、項(xiàng)目建設(shè)周期長(zhǎng)短、項(xiàng)目中人的因素等指標(biāo)。

2 基于圖結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理復(fù)雜性度量方法

通常，簡(jiǎn)單系統(tǒng)的復(fù)雜性可用簡(jiǎn)明的指標(biāo)公式來表征；而復(fù)雜系統(tǒng)的復(fù)雜性可能涉及多種因素，因此需要從多個(gè)角度來衡量這種復(fù)雜性。體系的復(fù)雜性越高，其不確定性卻大，而要確實(shí)掌握體系的狀態(tài)所需要的信息量也就越大。因此，可以用熵理論來分析度量網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理的復(fù)雜性。

由信息論可知，給定隨機(jī)矢量H(A)，Shannon熵定義為：

H(A)=-∑pa(a)logpa(a),a∈A

(1)

其中，pa(a)是隨機(jī)矢量A中元素a的概率分布函數(shù)。熵H(A)表達(dá)的是矢量A所代表的系統(tǒng)的不確定性。

下面將網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理復(fù)雜性度量問題抽象成圖結(jié)構(gòu)，即節(jié)點(diǎn)和連邊的結(jié)合。建模過程如下：圖1樹狀圖中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)表示圖結(jié)構(gòu)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，圖1中的分枝表示圖結(jié)構(gòu)中的連邊，可構(gòu)建項(xiàng)目管理復(fù)雜性圖結(jié)構(gòu)模型。

假設(shè)節(jié)點(diǎn)的集合為s={s1,s2,…,sn},權(quán)重集a={a1,a2,…,an}表示節(jié)點(diǎn)的重要程度，其中ai為節(jié)點(diǎn)si的權(quán)重；同時(shí)，假設(shè)節(jié)點(diǎn)間關(guān)系的種類為r={r1,r2,…,rm}，權(quán)重集b={b1,b2,…,bm}表示關(guān)系重要程度，其中bj為關(guān)系rj的權(quán)重。對(duì)于樹狀層級(jí)結(jié)構(gòu)，存在以下關(guān)系，分別是：r1表示直接控制關(guān)系，r2表示直接從屬關(guān)系，r3表示間接控制關(guān)系，r4表示間接從屬關(guān)系，r5表示在較高層次的并列關(guān)系，r6表示在較低層次上的并列關(guān)系，r7表示在同一層次上的并列關(guān)系。顯然，m的最大值為7。符號(hào)rj(si)表示與si有關(guān)系rj的序?qū)?si,sk1)，(si,sk2)，…，(si,skj)，并用Lij表示這些序?qū)Φ膫€(gè)數(shù)。

基于Shannon的信息熵公式，在節(jié)點(diǎn)si上的關(guān)系rj的熵定義為：

(2)

(3)

構(gòu)建連邊矩陣Rj(j=1,2,…,7)，

連邊矩陣Rj的元素

(4)

如前所示，Lij表示在連邊rj上的序?qū)?si,sk)的個(gè)數(shù)，可建立長(zhǎng)度矩陣L，即L=[Lij]n×7。

由連邊關(guān)系矩陣Rj(j=1,2,…,m)，長(zhǎng)度矩陣L的元素為：

(5)

考慮到控制與從屬關(guān)系是對(duì)稱的，用符號(hào)“～”表示對(duì)稱關(guān)系，則有r1～r2，r3～r4，r5～r6，可得到矩陣R1，R3，R5是上三角矩陣，矩陣R2，R4，R6是下三角矩陣，在關(guān)系r1∪r2意義下，有R1′=R1+R2，類似地，有R2′=R3+R4，R3′=R5+R6，R4′=R7，得到四個(gè)對(duì)稱矩陣。

(6)

由連邊關(guān)系矩陣R4，當(dāng)j=4時(shí)，有

(7)

下面考慮節(jié)點(diǎn)和連邊的權(quán)重情形，建立權(quán)重矩陣A和B來修改長(zhǎng)度矩陣L，有：

L′=A×L×B

(8)

其中，A是以a={a1,a2,…,an}為對(duì)角元素的對(duì)角矩陣，B是以b={b1,b2,…,b7}為對(duì)角元素的對(duì)角矩陣，長(zhǎng)度矩陣L的元素為：

Lij′=ai×Lij×bj

(9)

此時(shí)，熵矩陣元素

(10)

熵矩陣為：

H=[Hij]n×7

(11)

求得網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理的復(fù)雜度為

(12)

3 結(jié)論

本文針對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理復(fù)雜性建模方法展開研究，著眼網(wǎng)絡(luò)信息體系復(fù)雜性如何刻畫、分析以及度量等基礎(chǔ)問題，分析了網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理的復(fù)雜性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息體系項(xiàng)目管理的復(fù)雜性提出了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建了基于圖結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目管理復(fù)雜性測(cè)量方法，為在網(wǎng)絡(luò)信息體系建設(shè)中更好地限定和利用復(fù)雜性提供理論和方法指導(dǎo)。