面向航空产品项目管理网络计划模型研究

李永佳 1 黄大鹏 2

摘要：航空制造产品技术含量高、参研单位多，因而制定一个适合航空制造业特点的网络计划是航空产品研发项目管理成败的关键。本文提出的基于多级网络计划模型充分考虑了航空产品项目计划的多层次性和层次间复杂的调用关系等特点，引入了文档流及触发器，以此构建一个将控制流和文档流分离的分级网络计划模型。

关键词：航空产品；项目管理；多级网络计划

航空产品是一项技术含量高、参研单位多、设计制造过程复杂、不确定因素多、零部件多的工程项目，其管理具有层次化管理、网络计划模板化、控制流与文档流分离、层次关系复杂等特点。航空复杂产品项目计划编制的传统方法是人工绘制单层甘特网络计划，该方法存在信息不完整、修改困难、不能插入文档流等问题，无法满足现代航空产品项目管理的需要。基于此，本文对面向航空产品项目管理网络计划模型进行了详细探讨。

一、项目管理概述

项目管理是指在工作中运用技术、工具和知识技能完成项目，满足项目需求人的需要和期望。

复杂性、创造性是项目管理的典型特点，项目管理具有一定的寿命周期，并且需要专门的组织机构来进行具体实施。

项目管理包含多部分，需要多部门组织联合实施，这是复杂性的体现，管理过程中往往会运用到多种学科知识，还需具有不同经验和技能的人员有机组织在一起。技术、性能、成本、项目周期是项目管理的严格约束条件。诸多的条件因素决定了项目管理的复杂性。

项目管理具有创造性，因很多项目是一次性开发，在项目开发过程中，既要承担开发失败的风险，同时又需要项目参与人员充分发挥创造性与积极性，这一特性使项目管理与企业一般的管理活动清晰地分别开来。企业一般的管理活动是重复且有章可循的，项目管理截然不同，每一个项目都有其独特性。

项目管理具有一定的时效性与周期性，根据项目需求要在规定时间内达到预定目标，一旦达到目标，项目管理就失去了存在的意义，可结束或转入下一阶段的项目管理。

项目管理需要专门的组织结构，要与企业原有的组织管理架构区别开来，项目的组织架构根据项目的复杂程度不同而变化很大，通常，项目越复杂，所包含与涉及的学科和领域就越多，组织结构就越复杂，组织结构与涉及学科和领域呈正比。矩阵方式项目组织与管理适用于包含多学科的复杂项目。

因此，责任重大、关系复杂又具有很强的时效性且资源有限的任务适宜采用项目管理。

二、航空产品项目计划特点

1、网络计划具有层次性的特点。飞机研发过程中有许多活动，例如飞机设计阶段的活动将达到5000个，制造阶段的活动达到20000到120000个。实验及试飞阶段活动将达到4000个，整理这些活动并为整个飞机研制项目建立一个单层网络计划几乎不可能。而采用分层网络计划技术，能大幅度降低网络计划的复杂性，充分调动各级研制单位的力量，并最大限度地降低网络计划的修改程度。

2、网络计划具有模板性的特点。经多年发展，我国航空领域的各厂所在航空产品设计制造全过程已形成了相对固定的分工协作方式。各厂所在制定各级网络计划时，会参考已成功实施的类似项目的工作结构分解，通过适当的修改生成相应的任务计划脚。

3、技术文件流与项目控制流并存。在航空产品研发过程中，几乎每一项活动都需要一定的输入输出文件，而且文件流与过程流并不一定一一对应，例如，在零件的数控铣削阶段，不仅需要设计活动生成的二维设计图纸，还需要零件的数控编程活动生成的加工指令文件和CAPP活动生成的数控加工工艺。航空产品研发项目的这一特点决定了在项目运行过程中，必须在过程控制流中加入一个文档数据流。

4、网络间的调用关系复杂。航空产品项目管理具有分层次特点，网络层间主要有同步调用模式、异步调用模式、消息触发模式，它们可采用在活动中引入触发器的机制来实现网络间的调用，可向主网的某个活动添加一个触发器，以便主网能在活动结束后触发另一个网络计划运行。

三、当前我国航空业项目管理问题

我国的航空业研制体系和管理模式是沿用前苏联二十世纪五十年代的体系逐步发展起来的，二十世纪八十年代开始接触并学习西方的系统工程和项目管理经验，并逐步应用到设计、生产。而目前面对更高的要求、更紧的周期、更复杂的用户和供应商关系及高度交叉并行的形势，对项目进一步创新管理提出了迫切的需求。

1、资源整合与供应商管理。在目前航空业项目研制中，项目的整个研制系统越来越复杂，所需要的技术支撑难度也随之变高，这就对外部的优势资源及多供应商的合作模式的需求越来越高。而外部的优势资源能有效减少项目研制的工作量，从而加速推动项目研制进度。但我国目前航空业的项目研制依赖的主要还是内的已有资源，这让项目研制的速度因资源的短缺而变得速度减缓甚至停滞不前。面对日益庞大的供应体系，传统的项目管理模式已难以再给航空业更好的发展。这就需要对项目管理进行创新与探索，充分借鉴国外的成熟经验，通过对内外部资源的充分利用，来打造高效、集约化的供应体系。

2、串行工作模式开发时间过长。目前，一方面新项目系统越来越复杂，另一方面激烈的竞争环境，却要求当前项目研发周期要比以前明显缩短。然而，航空产品开发长期以来沿用传统的串行产品开发工作模式，遵询“方案设计、详细设计、加工制造、试验验证、设计修改”的流程。为了有效缩短产品研制周期，提升用户快速响应能力，进而提升核心竞争力，必须创新项目管理，科学地开展并行研制工作。同时对已在项目进行中的成功领域进行系统总结，形成具有自己特色的管理规范。

3、项目管理的综合化与精细化。航空业的新项目研究有着复杂性、不确定性和涉及面广等特点，这些特性都对项目管理的能力提出了更高的要求，航空业的管理人员也应对其采取有效的监测手段。在面对这些需求时，必须开展综合化与精细化的项目管理，来加强项目的沟通及监测力度，这样才能把握项目进行的动态，并根据项目研发过程中出现的各种问题进行及时的修正。

四、多级网络计划模型

在分析航空产品研发项目计划特点的基础上，将网络层间几种常见的调用关系统一为网络间的触发调用关系，并引入文档流，对项目计划进行分级，顶层为项目总体，下层由若干个子项目及活动组成，以形成一个多层次的网络计划模型。

定义1：多级网络计划模型。项目网络计划可分解为由n个网络计划和m个活动，以及它们之间的控制流、文档流、开始节点、结束节点组成的0级网络计划。其中，每一个网络计划可进一步划分为n_i网络计划和m_i活动，以及它们之间的控制流、文档流、开始节点、结束节点组成的1级网络计划。直到项目被完全分解成一个最末级网络计划，其中只包含活动而不含任何子网络计划。

定义2：控制流与文档流。每一级网络计划中的控制流和文档流都可表示为多元组的集合。

定义3：活动。构成项目的最底层元素活动可表示为一个四元组。

多级网络计划模型如图1所示。

建立多级网络计划，首先要划分网络层次，然后再逐层细化建立分层网络计划。其本质是一种自顶向下的任务逐层分解方法。

基于目前航空领域内网络计划一般分为0级、1级、2级、3级的划分方法，网络层次划分原则为：

0级计划：主要反映项目实施的主要节点和任务里程碑，一般由集团总公司制定。

1级：属于部门实施计划，反映项目实施各有关部门的主要工作任务。

2级：属于专项计划，反映项目实施中关键、重要件/项目的详细计划。

3级：属于承诺计划，反映产品的生产与装配顺序，并应细化至每个部件、段件、组件、零件的每一道工序。为避免网络图过大，3级网络还可能继续细分为4、5、6等多级网络。

五、单层网络计划的建立方法

每层中各网络计划的建立，是一个较复杂的过程。每个网络计划中各活动间的依赖关系可能非常复杂，有些活动之间可能还存在耦合关系，因此还必须对耦合活动集进行解耦操作。

1、建立控制流结构矩阵和文档流结构矩阵。多级网络计划中的每一个网络都由许多活动组成，这些活动必须按一定的次序来执行，各项活动间的先后次序控制流可用二进制的矩阵来表示。

控制流结构矩阵有以下特性：全零的列所对应的活动为结束活动；全零的行所对应的活动为开始活动；每行中1的数目就是该活动前的活动个数；每列中1的数目是该活动后的活动个数。

同理建立网络图的文档流结构矩阵。网络图的文档流结构矩阵有以下特性：每行中的1表示该行所代表的活动从哪些活动中取得文档，每列中的1表示该列所代表的活动给哪些活动发送文档。

2、分解耦合活动集。控制流结构矩阵中活动间初始的关系分为串行、并行、耦合三类。串行和并行关系能在网络计划中表示，对于耦合关系必须对其进行分解或合并操作，使其转化为并行或串行活动，然后才能在网络计划中加以表示。

此外，在多数情况下，还需将耦合活动集根据其连接的程度进行再分解。分解按以下步骤进行：

1)定义耦合活动集的评价矩阵。有学者提出了采用敏感度和可变度两个指标来表达任务间的依赖关系，敏感度是指下游活动对上游活动变化的敏感程度。可变度是指上游活动对下游活动可能发生变化的程度。从任务的敏感度和可变度两个不同的方面来表达任务间的耦合关系，能更好、更全面的反映任务依赖度。双指标耦合活动评价矩阵的量化可采用层次分析法或两两比较方法。

2)割裂耦合活动集。分解大耦合任务集的关键是耦合活动集的评价矩阵的相似性分析和聚类计算，平均连锁方法和基于次序指标的方法是比较常用的方法。

3)对分割后的活动进行二次排序。耦合活动集分割后，需要对新产生的活动进行排序，以确定它们的执行顺序，其目的是尽量减少由于耦合而产生的重复和迭代的概率。

3、分级网络计划的参数计算。分级网络计划建立好后需计算网络计划的时间参数，这些参数包括每项活动的最早开始时间(ES)、最晚开始时间(LS)、最早结束时间(EF)、最晚结束时间(LF)、总时差(TF)和自由时差(FF)，还要确定项目计划的关键活动与路径。

1)时间参数计算。分级网络计划在进行时间参数计算时，必须保证总网络(零级网络)与l、2、3级等网络计划的时间参数值相吻合。分级网络计划时间参数的步骤为：

步骤1：分级网络建立后，先不考虑上级约束，按照标准方法，从下至上把各级网络计划的时间参数计算出来，以形成初始的时间参数。

步骤2：指定0级网络计划的具体开始时间，从上向下逐级进行调整，得出分级网络计划中各个活动的ES和LF。

步骤3：算出各活动的ES和LF后，根据下式得出各活动的LS和EF。

LS(K)=LF(K)-T(K)；EF(K)=ES(K)+T(K)

步骤4：各活动的4个时间参数(ES、LS、EF、LF)都算出后，根据下式得出其总时差”和自由时差。

TF(K)=LS(K)-ES(K)=LF(K)-EF(K)

FF(K)=ES(J)-EF(K)；其中，J是K的紧后活动。

2)关键路径。自始自终全部由关键活动连接而成的路径就是关键路径。计算出分级网络计划中所有活动的时间参数后，找出所有总时差为0的活动，即可得到关键活动集合。

综上所述，对设计制造过程复杂、产品体积庞大、零部件众多、基于分布式开发的航空制造产品，往往需要不同地区的多个厂所协同工作才能完成。为达到产品开发的预期目标，必须对项目进行分层管理，并使用分级项目计划。当前，我国航空制造领域内已使用了多级网络计划模式进行飞机研制工作。

参考文献：

[1]宁宣熙.分级网络计划的动态管理原理及其软件实现[J].南京航空航天大学学报。2015(02)．

[2]徐志勇.一种面向航空产品的分级网络计划方法[J].计算机集成制造系统，2015(05).

[3]沙全友.面向航空产品项目管理网络计划模型研究[J].计算机工程与应用,2016(06).