基于关键链理论的装备研制进度管理研究

孙静怡、任新宇、董辰、郭睿、闫晓博 /中国运载火箭技术研究院

装备研制具有分阶段、层次化、大协作的管理特点。项目进度管理作为项目管理中的重要内容，主要包含计划的制定与控制两个方面。当前，我国装备研制进度管理机制仍处于利用甘特图、里程碑图等图表作为抓手的初期阶段，已不能适应当前新技术研究与装备研制需求，亟需结合行业与装备特点，开展进度管理办法研究，为型号研制工作的管理及推动提供技术支撑。

关键链理论是当前项目管理领域的热点研究方向之一。该理论由Goldratt 博士提出，其核心是基于约束理论思想，构建项目关键链和缓冲区以评估项目的进展情况。他不仅考虑了传统项目管理理论中的资源约束影响因素，同时还评估了人类行为对进度管理的影响，并建立了一种预警机制，通过设计缓冲区监控方法开展项目进度风险管理。该技术作为一项新的项目管理技术，在电子、航空航天等领域得到广泛应用。

本文结合装备研制要求及特点，首先分析当前型号研制进度管理模式及存在的不足。在此基础上，基于关键链理论，提出一种新的基于技术成熟度的缓冲区计算及设置方法，并形成基于关键链的进度管理流程，供装备研制参考选用。

一、装备研制进度管理现状分析

1.项目进度管理模式

当前，装备研制进度管理是依据周期要求及总体策划，首先设置里程碑节点对任务进行阶段划分，在此基础上对各阶段研制内容进行细化，形成科研生产计划以控制进度，确保各系统高效协同。

阶段管理是基础。通过装备研制阶段的划分，对各阶段任务进行初步规划，明确各阶段需完成的任务及进度节点。策划管理是前提。装备研制过程中，应根据承担的任务，制定产品实现策划、设计与开发策划、型号/单位年度（或阶段）工作策划，对研制任务进行细分，并作为顶层文件以制定科学的阶段计划。计划管理是核心。按照型号立项时确定的研制周期，从顶层的任务开始向下分解，并将研制周期向下一级配套传递，形成详细的工作计划，作为执行及监督的依据。

2.进度管理中存在的不足

伴随着我国装备研制过程的不断优化与完善，各军兵种装备研制效率均大幅提升。但由于研制任务的特殊性，使得研制过程中存在多种不确定因素，导致产品延期交付、成本增加等问题突出，难以满足装备研制要求。不足之处体现在：

（1）计划考核缺乏整体性

传统的型号进度管理是将研制目标分解为若干项前置工序，形成环环相扣的计划链条。某一单机出现计划逾期情况，都有可能直接影响全系统的研制进度，无法充分辨识计划执行风险，实现系统间协同。

（2）瓶颈资源紧张

当前，型号“多边”及“多线”研制情况普遍，人力、物力资源紧张。人员及设备的准备与切换等使得资源利用率难以实现最优，出现项目资源需求的瓶颈。

（3）安全时间设置过长

在设置计划时，技术人员为规避不确定因素带来的进度风险，会在客观完成时间的基础上增加安全时间，各程序层层累加，最终致使设置的计划周期远长于实际需求工期，研制效率降低。

针对上述不足，本文充分考虑装备研制要求及特点，形成基于关键链的装备研制进度管理流程，以评估型号研制进度，提高研制效率。

二、关键链理论基础

关键链理论源于概率论及组织行为学思想，该理论以进度控制核心，充分考虑约束条件的影响，通过关键链识别及缓冲区的设置，达到项目全局最优的目标。

1.基于约束条件的关键链识别

关键链是指在各约束条件下，从项目起始至终止的完整活动链路。作为关键链理论的基础，其构建及识别基于独立的调度计划，是一个逐步优化的过程。首先，需通过工序间的逻辑关系排列活动的先后顺序，构建初始链路。在此基础上，对资源利用情况进行分析，明确冲突解决途径，并对关键链进行迭代更新。具体步骤如下：

步骤1：基于各项工序或研制工作逻辑顺序及工时，构建初始关键链；

步骤2：对资源约束情况进行风险分析；

步骤3：系统决策，逐级明确管控措施；

步骤4：执行管控措施；

步骤5：返回步骤1，对关键链进行迭代更新。

2.缓冲区设置

缓冲区是对链路上活动的不确定性因素进行定量分析，通过缓冲区的预警作用及状态监控，了解项目的实施情况，进而达到高效管理的目的。项目缓冲区包含项目缓冲区及接驳缓冲区两类，根据关键链上活动的不确定性，项目缓冲区设置在关键链最后。除关键链活动外，非关键链的活动、非关键链与关键链的交接也会对产品进度造成影响，通过设置接驳缓冲区，以平衡非关键链活动对关键链活动的冲击影响。

计算缓冲区常用的方法包括剪切—粘贴法和根方差法等。其中，根方差法符合随机变量的叠加统计原理，在链路上活动较多时更具实用性。因此，本文基于该方法计算缓冲区。

根方差法根据链路上活动的安全时间∆t得到缓冲区大小，即

式中，buffer为缓冲区大小，∆t表示链路上活动的安全时间。

三、基于关键链的装备研制进度管理

1.基于技术成熟度的缓冲区设置

装备研制过程中，用技术成熟度指标评价产品或技术是否达到应用及实践标准，以判断该项产品/技术在应用过程中的风险程度。技术成熟度越高，风险越低。本文将该指标推广应用至进度管理过程中，基于PERT 三点时间估计法的思想及原理，提出适用于装备研制的缓冲区设置方法。

缓冲区的设置基于乐观完成时间a、客观完成时间t及悲观完成时间b三个基本参数。其中，乐观完成时间的估计不考虑不确定性因素，为完成工序的最短时间。悲观完成时间是考虑全部不确定因素影响下完成工序需要的最长时间。根据关键链理论思想，安全时间是装备研制过程中所有不确定因素的定量表征。因此，在构建关键链时，将乐观完成时间作为某一工序的持续时间，并基于某一活动的安全时间计算缓冲区。

考虑技术成熟度系数bi（0 ≤bi≤1）后，活动Ai的安全时间为：

式中，ABi为活动Ai的安全时间，ai为活动Ai的乐观完成时间，bi为活动Ai的悲观完成时间，βi为技术成熟度系数，可用式（3）进行定义：

式中，ti为活动Ai的客观完成时间。

根据上式可知，bi越小，技术成熟度越高，则t越接近a，任务逾期风险越小。反之，bi越大，技术越不成熟，则t越接近b，任务逾期风险越大。活动的缓冲区为：

式中，buffer为活动Ai的缓冲区大小，ABi为活动Ai的安全时间。

2.缓冲区监管

缓冲区设置完成后，需对其进行动态监控与管理。结合装备研制特点，对项目缓冲区的管理采用三级管理机制，以绿、黄、红表示缓冲区的消耗情况，机制见表1。

表1 缓冲区管理机制

研制过程中，要时刻关注缓冲区消耗状态与项目完成度的匹配情况，避免延期影响的传递与扩大。若研制初期，缓冲区就处于红色状态，表示后续型号计划逾期风险极高，需立刻采取应对措施。若项目后期出现少量延期，可采取较弱的应对措施，避免缓冲区至红色状态。

研制过程中，项目缓冲区与接驳缓冲区的监视等级相同。缓冲区用于弥补所有不确定因素引起的延期，当非关键链出现的延期超过接驳缓冲区时限要求并传递至关键链时，可用项目缓冲区进行抵消，但会影响装备的整体研制进度。

3.装备研制进度管理流程

基于关键链理论的装备研制进度管理方法是基于型号研制系统工程思路，构建型号工作分解结构，在各阶段、各层级上对不同的研制任务进行进度管理优化。具体流程如图1 所示。

步骤一：构建关键链

划分研制阶段：基于用户研制要求及总体研制策划，对装备研制阶段进行划分，定义整体项目范围。

创建工作分解结构：以可交付结果为导向，考虑装备系统结构组成及各阶段、各层次配套情况，对项目工作进行分解及详细定义，如图2 所示。

图2 工作分解结构示意图

定义装备研制活动：识别为完成研制工作或按期齐套产品需采取的具体活动。

资源需求分析：对各项活动所需的人力财力、设备设施资源的种类及数量进行分析。

估算项目工时：综合考虑资源使用情况及不确定性对工作时间的影响，初步估算完成单项活动所需工时。

研制活动排列：根据各项活动间的逻辑关系，确定先后顺序，连接形成关键链。

判断是否存在资源冲突：对关键链活动中所需资源的冲突情况进行判断，若存在冲突，则返回资源需求分析；如果不冲突，进入步骤二。

步骤二：缓冲区设置

估算项目乐观及悲观完成时间：根据文中缓冲区定义，对各项活动的乐观及悲观完成时间进行估算。

确定活动技术成熟度：通过分析计算、仿真及试验验证等手段，定量计算各项活动的技术成熟度。

缓冲区估计及设置：根据式（2）及式（4），分别计算项目缓冲区及接驳缓冲区的大小，并将其分别设置至关键链及非关键链末端。

优化关键链：将各项目工时按照乐观及悲观完成时间的平均值作为发布的执行时间，并设置缓冲区对关键链进行优化。

步骤三：项目进度管理

根据缓冲区监控机制，分析研制工作进度情况，并提出应对措施，确保型号研制工作按计划稳定有序推进。

四、结束语

本文基于装备研制要求及特点，首先对当前装备研制进度管理模式及存在的不足进行分析，在此基础上，将关键链理论拓展至装备研制进度管理工作中，提出基于技术成熟度的缓冲区估计方法，并形成装备研制进度管理的关键环节及主要流程。基于关键链理论的装备研制进度管理方法可有效处理安全时间设置过长、资源冲突等问题，缩短研制周期，具有较大的工程实用价值。