基于關鍵鏈理論的裝備研制進度管理研究

孫靜怡、任新宇、董辰、郭睿、閆曉博 /中國運載火箭技術研究院

裝備研制具有分階段、層次化、大協作的管理特點。項目進度管理作為項目管理中的重要內容，主要包含計劃的制定與控制兩個方面。當前，我國裝備研制進度管理機制仍處于利用甘特圖、里程碑圖等圖表作為抓手的初期階段，已不能適應當前新技術研究與裝備研制需求，亟需結合行業與裝備特點，開展進度管理辦法研究，為型號研制工作的管理及推動提供技術支撐。

關鍵鏈理論是當前項目管理領域的熱點研究方向之一。該理論由Goldratt 博士提出，其核心是基于約束理論思想，構建項目關鍵鏈和緩沖區以評估項目的進展情況。他不僅考慮了傳統項目管理理論中的資源約束影響因素，同時還評估了人類行為對進度管理的影響，并建立了一種預警機制，通過設計緩沖區監控方法開展項目進度風險管理。該技術作為一項新的項目管理技術，在電子、航空航天等領域得到廣泛應用。

本文結合裝備研制要求及特點，首先分析當前型號研制進度管理模式及存在的不足。在此基礎上，基于關鍵鏈理論，提出一種新的基于技術成熟度的緩沖區計算及設置方法，并形成基于關鍵鏈的進度管理流程，供裝備研制參考選用。

一、裝備研制進度管理現狀分析

1.項目進度管理模式

當前，裝備研制進度管理是依據周期要求及總體策劃，首先設置里程碑節點對任務進行階段劃分，在此基礎上對各階段研制內容進行細化，形成科研生產計劃以控制進度，確保各系統高效協同。

階段管理是基礎。通過裝備研制階段的劃分，對各階段任務進行初步規劃，明確各階段需完成的任務及進度節點。策劃管理是前提。裝備研制過程中，應根據承擔的任務，制定產品實現策劃、設計與開發策劃、型號/單位年度（或階段）工作策劃，對研制任務進行細分，并作為頂層文件以制定科學的階段計劃。計劃管理是核心。按照型號立項時確定的研制周期，從頂層的任務開始向下分解，并將研制周期向下一級配套傳遞，形成詳細的工作計劃，作為執行及監督的依據。

2.進度管理中存在的不足

伴隨著我國裝備研制過程的不斷優化與完善，各軍兵種裝備研制效率均大幅提升。但由于研制任務的特殊性，使得研制過程中存在多種不確定因素，導致產品延期交付、成本增加等問題突出，難以滿足裝備研制要求。不足之處體現在：

（1）計劃考核缺乏整體性

傳統的型號進度管理是將研制目標分解為若干項前置工序，形成環環相扣的計劃鏈條。某一單機出現計劃逾期情況，都有可能直接影響全系統的研制進度，無法充分辨識計劃執行風險，實現系統間協同。

（2）瓶頸資源緊張

當前，型號“多邊”及“多線”研制情況普遍，人力、物力資源緊張。人員及設備的準備與切換等使得資源利用率難以實現最優，出現項目資源需求的瓶頸。

（3）安全時間設置過長

在設置計劃時，技術人員為規避不確定因素帶來的進度風險，會在客觀完成時間的基礎上增加安全時間，各程序層層累加，最終致使設置的計劃周期遠長于實際需求工期，研制效率降低。

針對上述不足，本文充分考慮裝備研制要求及特點，形成基于關鍵鏈的裝備研制進度管理流程，以評估型號研制進度，提高研制效率。

二、關鍵鏈理論基礎

關鍵鏈理論源于概率論及組織行為學思想，該理論以進度控制核心，充分考慮約束條件的影響，通過關鍵鏈識別及緩沖區的設置，達到項目全局最優的目標。

1.基于約束條件的關鍵鏈識別

關鍵鏈是指在各約束條件下，從項目起始至終止的完整活動鏈路。作為關鍵鏈理論的基礎，其構建及識別基于獨立的調度計劃，是一個逐步優化的過程。首先，需通過工序間的邏輯關系排列活動的先后順序，構建初始鏈路。在此基礎上，對資源利用情況進行分析，明確沖突解決途徑，并對關鍵鏈進行迭代更新。具體步驟如下：

步驟1：基于各項工序或研制工作邏輯順序及工時，構建初始關鍵鏈；

步驟2：對資源約束情況進行風險分析；

步驟3：系統決策，逐級明確管控措施；

步驟4：執行管控措施；

步驟5：返回步驟1，對關鍵鏈進行迭代更新。

2.緩沖區設置

緩沖區是對鏈路上活動的不確定性因素進行定量分析，通過緩沖區的預警作用及狀態監控，了解項目的實施情況，進而達到高效管理的目的。項目緩沖區包含項目緩沖區及接駁緩沖區兩類，根據關鍵鏈上活動的不確定性，項目緩沖區設置在關鍵鏈最后。除關鍵鏈活動外，非關鍵鏈的活動、非關鍵鏈與關鍵鏈的交接也會對產品進度造成影響，通過設置接駁緩沖區，以平衡非關鍵鏈活動對關鍵鏈活動的沖擊影響。

計算緩沖區常用的方法包括剪切—粘貼法和根方差法等。其中，根方差法符合隨機變量的疊加統計原理，在鏈路上活動較多時更具實用性。因此，本文基于該方法計算緩沖區。

根方差法根據鏈路上活動的安全時間?t得到緩沖區大小，即

式中，buffer為緩沖區大小，?t表示鏈路上活動的安全時間。

三、基于關鍵鏈的裝備研制進度管理

1.基于技術成熟度的緩沖區設置

裝備研制過程中，用技術成熟度指標評價產品或技術是否達到應用及實踐標準，以判斷該項產品/技術在應用過程中的風險程度。技術成熟度越高，風險越低。本文將該指標推廣應用至進度管理過程中，基于PERT 三點時間估計法的思想及原理，提出適用于裝備研制的緩沖區設置方法。

緩沖區的設置基于樂觀完成時間a、客觀完成時間t及悲觀完成時間b三個基本參數。其中，樂觀完成時間的估計不考慮不確定性因素，為完成工序的最短時間。悲觀完成時間是考慮全部不確定因素影響下完成工序需要的最長時間。根據關鍵鏈理論思想，安全時間是裝備研制過程中所有不確定因素的定量表征。因此，在構建關鍵鏈時，將樂觀完成時間作為某一工序的持續時間，并基于某一活動的安全時間計算緩沖區。

考慮技術成熟度系數bi（0 ≤bi≤1）后，活動Ai的安全時間為：

式中，ABi為活動Ai的安全時間，ai為活動Ai的樂觀完成時間，bi為活動Ai的悲觀完成時間，βi為技術成熟度系數，可用式（3）進行定義：

式中，ti為活動Ai的客觀完成時間。

根據上式可知，bi越小，技術成熟度越高，則t越接近a，任務逾期風險越小。反之，bi越大，技術越不成熟，則t越接近b，任務逾期風險越大?；顒拥木彌_區為：

式中，buffer為活動Ai的緩沖區大小，ABi為活動Ai的安全時間。

2.緩沖區監管

緩沖區設置完成后，需對其進行動態監控與管理。結合裝備研制特點，對項目緩沖區的管理采用三級管理機制，以綠、黃、紅表示緩沖區的消耗情況，機制見表1。

表1 緩沖區管理機制

研制過程中，要時刻關注緩沖區消耗狀態與項目完成度的匹配情況，避免延期影響的傳遞與擴大。若研制初期，緩沖區就處于紅色狀態，表示后續型號計劃逾期風險極高，需立刻采取應對措施。若項目后期出現少量延期，可采取較弱的應對措施，避免緩沖區至紅色狀態。

研制過程中，項目緩沖區與接駁緩沖區的監視等級相同。緩沖區用于彌補所有不確定因素引起的延期，當非關鍵鏈出現的延期超過接駁緩沖區時限要求并傳遞至關鍵鏈時，可用項目緩沖區進行抵消，但會影響裝備的整體研制進度。

3.裝備研制進度管理流程

基于關鍵鏈理論的裝備研制進度管理方法是基于型號研制系統工程思路，構建型號工作分解結構，在各階段、各層級上對不同的研制任務進行進度管理優化。具體流程如圖1 所示。

步驟一：構建關鍵鏈

劃分研制階段：基于用戶研制要求及總體研制策劃，對裝備研制階段進行劃分，定義整體項目范圍。

創建工作分解結構：以可交付結果為導向，考慮裝備系統結構組成及各階段、各層次配套情況，對項目工作進行分解及詳細定義，如圖2 所示。

圖2 工作分解結構示意圖

定義裝備研制活動：識別為完成研制工作或按期齊套產品需采取的具體活動。

資源需求分析：對各項活動所需的人力財力、設備設施資源的種類及數量進行分析。

估算項目工時：綜合考慮資源使用情況及不確定性對工作時間的影響，初步估算完成單項活動所需工時。

研制活動排列：根據各項活動間的邏輯關系，確定先后順序，連接形成關鍵鏈。

判斷是否存在資源沖突：對關鍵鏈活動中所需資源的沖突情況進行判斷，若存在沖突，則返回資源需求分析；如果不沖突，進入步驟二。

步驟二：緩沖區設置

估算項目樂觀及悲觀完成時間：根據文中緩沖區定義，對各項活動的樂觀及悲觀完成時間進行估算。

確定活動技術成熟度：通過分析計算、仿真及試驗驗證等手段，定量計算各項活動的技術成熟度。

緩沖區估計及設置：根據式（2）及式（4），分別計算項目緩沖區及接駁緩沖區的大小，并將其分別設置至關鍵鏈及非關鍵鏈末端。

優化關鍵鏈：將各項目工時按照樂觀及悲觀完成時間的平均值作為發布的執行時間，并設置緩沖區對關鍵鏈進行優化。

步驟三：項目進度管理

根據緩沖區監控機制，分析研制工作進度情況，并提出應對措施，確保型號研制工作按計劃穩定有序推進。

四、結束語

本文基于裝備研制要求及特點，首先對當前裝備研制進度管理模式及存在的不足進行分析，在此基礎上，將關鍵鏈理論拓展至裝備研制進度管理工作中，提出基于技術成熟度的緩沖區估計方法，并形成裝備研制進度管理的關鍵環節及主要流程?；陉P鍵鏈理論的裝備研制進度管理方法可有效處理安全時間設置過長、資源沖突等問題，縮短研制周期，具有較大的工程實用價值。