宇德明，郭乃正，羅鵬宇

(中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075)

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的成功率一般只有5%～10%，應(yīng)用研究項(xiàng)目的成功率一般也只有50%～60%。這一方面是因?yàn)榭茖W(xué)研究本身具有很強(qiáng)的探索性和復(fù)雜性;另一方面是因?yàn)閷?duì)科研項(xiàng)目缺乏有效的管理，尤其是進(jìn)度管理［1－2］?？蒲许?xiàng)目進(jìn)度管理是保證科研項(xiàng)目按期完成、合理安排項(xiàng)目所需資源、節(jié)約項(xiàng)目成本的重要措施。要想保證科研項(xiàng)目科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、順利地實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)，必須按照項(xiàng)目進(jìn)度管理理論，應(yīng)用項(xiàng)目進(jìn)度管理方法和工具，對(duì)科研項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)的進(jìn)度管理。

為了對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行有效管理，學(xué)者們提出了很多項(xiàng)目進(jìn)度管理方法，包括甘特圖法、關(guān)鍵線路法、計(jì)劃評(píng)審法、圖示評(píng)審法、模糊圖示評(píng)審法、關(guān)鍵鏈法、蒙特卡羅模擬法等，開發(fā)了支持項(xiàng)目進(jìn)度管理的計(jì)算機(jī)軟件，如 PROJECT，P3，SIMPHONY等。但在國(guó)內(nèi)的科研項(xiàng)目進(jìn)度管理中，很少使用這些方法和工具，尤其是沒有使用蒙特卡羅模擬法和SIMPHONY軟件進(jìn)行科研項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的報(bào)道［3－10］。

本文首先介紹SIMPHONY軟件中CEM_PERT模板的要素，然后討論利用CEM_PERT模板進(jìn)行科研項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的步驟，最后結(jié)合一個(gè)具體的科研項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)證分析。

1 CEM_PERT模板的建模要素

SIMPHONY是加拿大Albert大學(xué)開發(fā)的施工模擬軟件，包括很多建模模板。其中，CEM_PERT是SIMPHONY軟件中用于項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)建模的模板。該模板包含6個(gè)建模要素，用戶利用它可以建立項(xiàng)目的搭接網(wǎng)絡(luò)圖，進(jìn)行模擬運(yùn)算，編制不確定情況下的項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃。這6個(gè)要素是根要素(CEM_PS_Root)、工作要素(CEM_PS_Activity)、連接要素(CEM_PS_Link)、開始要素(CEM_PS_Start)、結(jié)束要素(CEM_PS_End)和寫持續(xù)時(shí)間要素(CEM_PS_WriteDuration)。在建立項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)模型時(shí)，只有前5個(gè)要素是必需的。下面介紹這5個(gè)要素。

1.1 根要素

根要素是所有其他建模要素的容器，其他要素都只能作為其子要素。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型必須有一個(gè)也只能有一個(gè)根要素。根要素沒有輸入和輸出，它的主要作用是控制模擬過程，收集全局統(tǒng)計(jì)量。

1.2 工作要素

也稱為活動(dòng)要素。該要素代表項(xiàng)目中的活動(dòng)，它只能與連接要素發(fā)生聯(lián)系。每個(gè)工作要素應(yīng)該至少有一個(gè)關(guān)系連接到它的開始，也至少有一個(gè)關(guān)系連接到它的結(jié)束。結(jié)束關(guān)系應(yīng)該含有至少一個(gè)結(jié)束到結(jié)束(FF)型或結(jié)束到開始(FS)型關(guān)系。

該要素的輸入?yún)?shù)包括活動(dòng)名稱、持續(xù)時(shí)間(可以是常數(shù)或服從均勻分布、三角分布、正態(tài)分布、β分布、指數(shù)分布的隨機(jī)變量)。輸出參數(shù)包括:最早開始時(shí)間、最早完成時(shí)間、最遲開始時(shí)間、最遲完成時(shí)間的統(tǒng)計(jì)量(最大值、最小值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差);關(guān)鍵指數(shù)(模擬過程中該工作是關(guān)鍵工作的次數(shù)與模擬總次數(shù)的比值);以及最后一次模擬中該工作的最早開始時(shí)間、最早完成時(shí)間、最遲開始時(shí)間和最遲完成時(shí)間。

1.3 連接要素

也稱為關(guān)系要素，只能將它連接到工作要素、開始要素或結(jié)束要素。它的輸入?yún)?shù)包括關(guān)系類型和時(shí)距，關(guān)系類型可以是開始到開始(SS)、開始到結(jié)束(SF)、結(jié)束到開始(FS)和結(jié)束到結(jié)束(FF)中的任何一種，時(shí)距可以是常數(shù)，也可以是服從給定分布的隨機(jī)變量。連接要素沒有輸出。

1.4 開始要素

該要素代表項(xiàng)目的開始，模型中只能有一個(gè)開始要素。該要素與所有工作要素的未連接開始端都必須有直接或間接的關(guān)系。它的唯一輸入?yún)?shù)是項(xiàng)目開始時(shí)間，而且項(xiàng)目開始時(shí)間必須是常數(shù);它沒有輸出參數(shù)。

1.5 結(jié)束要素

該要素代表項(xiàng)目的結(jié)束，項(xiàng)目中只能有一個(gè)結(jié)束要素。該要素與所有工作要素的未連接結(jié)束端都必須有直接或間接的關(guān)系。它沒有輸入?yún)?shù)，輸出參數(shù)包括:最后一次運(yùn)行中項(xiàng)目的完成時(shí)間，項(xiàng)目完成時(shí)間的最大值、最小值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差。

2 創(chuàng)建項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃模型的步驟

利用SIMPHONY創(chuàng)建項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的步驟如下:

(1)建立項(xiàng)目的工作分解結(jié)構(gòu)，確定每項(xiàng)工作的持續(xù)時(shí)間(如果是隨機(jī)變量，則確定其分布類型與相應(yīng)的參數(shù));

(2)確定工作之間的關(guān)系類型(SS，SF，F(xiàn)S或FF型)與時(shí)距(如果是隨機(jī)變量，則確定其分布類型與相應(yīng)的參數(shù));

(3)從 SIMPHONY主菜單中選擇 File－＞New，彈出新項(xiàng)目窗口，輸入項(xiàng)目名稱并保存項(xiàng)目;

(4)從空白界面的滾動(dòng)列表中選擇CEM_PERT，出現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)度模板工具箱;

(5)將工具箱中的根要素拖入根窗口，建立根實(shí)體;

(6)右擊根實(shí)體，從彈出菜單中選擇 Child Window，進(jìn)入子窗口;

(7)將工具箱中的若干工作要素(一個(gè)工作要素對(duì)應(yīng)步驟(1)中的一項(xiàng)工作)拖入子窗口，輸入其名稱和持續(xù)時(shí)間;

(8)將工具箱中的若干連接要素(一個(gè)連接要素對(duì)應(yīng)步驟(2)中的一個(gè)關(guān)系)拖入子窗口，在工作之間建立邏輯關(guān)系，確定每個(gè)關(guān)系的類型和時(shí)距;

(9)將工具箱中的一個(gè)開始要素和若干連接要素拖入子窗口，將關(guān)系類型選擇為FS，規(guī)定時(shí)距為零，使開始要素與所有工作要素的未連接開始端建立關(guān)系;

(10)將工具箱中的一個(gè)結(jié)束要素和若干連接要素拖入子窗口，將關(guān)系類型選擇為FS，規(guī)定時(shí)距為零，使結(jié)束要素與所有工作要素的未連接結(jié)束端建立關(guān)系;

(11)從SIMPHONY主菜單中選擇File－＞Property，在General標(biāo)簽中輸入模型名稱，在Simulation標(biāo)簽中輸入運(yùn)行次數(shù)，關(guān)閉屬性窗口;

(12)從SIMPHONY主菜單中選擇 Run－＞Check，讓系統(tǒng)自動(dòng)檢查模型的完整性。若檢查通過，進(jìn)入下一步;否則，返回前面的相應(yīng)步驟，修改模型;

(13)從SIMPHONY主菜單中選擇 Run－＞Start，開始模擬運(yùn)行;

(14)完成規(guī)定的模擬運(yùn)行次數(shù)后，從各工作要素的屬性窗口得到它的最早開始時(shí)間、最早完成時(shí)間、最遲開始時(shí)間、最遲完成時(shí)間的統(tǒng)計(jì)量(最大值、最小值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差)，關(guān)鍵指數(shù)，累計(jì)密度函數(shù)曲線等;從結(jié)束要素的屬性窗口得到項(xiàng)目的完成時(shí)間統(tǒng)計(jì)量(最大值、最小值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差)和累計(jì)密度函數(shù)曲線等，據(jù)此編制項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃，確定項(xiàng)目進(jìn)度控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

3 實(shí)證分析

某鐵路科研項(xiàng)目包括的工作、持續(xù)時(shí)間及工作之間的邏輯關(guān)系見表1。利用SIMPHONY中CEM_PERT模板建立項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)模型，經(jīng)過500次模擬運(yùn)行，得到的主要模擬結(jié)果見表2和圖1。

分析模擬運(yùn)行的結(jié)果，得到如下結(jié)論:

(1)該項(xiàng)目完成時(shí)間的最早值、最遲值、均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為540，772，661和38個(gè)工作日;

(2)在95%置信度下，該項(xiàng)目的完成時(shí)間為615個(gè)工作日;

(3)“細(xì)化和完善研究大綱，制定研究計(jì)劃，明確職責(zé)分工”、“建立研究基地，實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研”、“京滬高鐵項(xiàng)目質(zhì)量策劃研究”、“撰寫研究報(bào)告”、“聽取專家意見，修改完善研究報(bào)告”和“組織課題鑒定”6項(xiàng)工作是關(guān)鍵工作，應(yīng)作為進(jìn)度控制的關(guān)鍵點(diǎn);

(4)“評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究”、“評(píng)價(jià)模型研究”和“評(píng)價(jià)軟件開發(fā)與測(cè)試”3項(xiàng)工作是關(guān)鍵工作的概率為98%，應(yīng)作為進(jìn)度控制的次關(guān)鍵點(diǎn);

(5)“京滬高鐵項(xiàng)目質(zhì)量控制研究”是關(guān)鍵工作的概率為2%;

(4)“實(shí)施補(bǔ)充性文獻(xiàn)調(diào)研”和“京滬高鐵項(xiàng)目質(zhì)量保證研究”2項(xiàng)工作不是關(guān)鍵工作。

表1 某科研項(xiàng)目工作名稱、持續(xù)時(shí)間及工作之間的邏輯關(guān)系Table 1 Activity names，durations，and logic relationships for some research project

圖1 不同工期下項(xiàng)目完成概率(模擬次數(shù)n=500)Fig.1 Project completion probability under different times

表2 各項(xiàng)工作時(shí)間參數(shù)均值(500次模擬)Table 2 Means of various activity time parameters(500 simulation runs)

4 結(jié)論

(1)SIMPHONY是功能強(qiáng)大的專用模擬軟件，利用其中的CEM_PERT模板能夠方便、快捷地建立科研項(xiàng)目的搭接網(wǎng)絡(luò)模型，該模型允許工作時(shí)間和時(shí)距為隨機(jī)變量;能夠快速進(jìn)行蒙特卡羅模擬，以文本和圖形2種形式輸出模擬運(yùn)行結(jié)果，是編制不確定環(huán)境下科研項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的強(qiáng)有力工具;

(2)詳細(xì)描述了SIMPHONY中CEM_PERT模板的5個(gè)建模要素，即根要素、工作要素、連接要素、開始要素和結(jié)束要素;

(3)結(jié)合實(shí)例詳細(xì)討論了利用SIMPHONY中CEM_PERT模板建立不確定環(huán)境下科研項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的步驟。

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