需求導向的航空型號研制項目管理信息系統框架研究

(西北工業大學 管理學院，西安 710072)

摘 要：為縮小需求分析與系統設計和實現之間的間隙，采用以需求為導向的系統開發方法，識別了航空型號研制項目干系人中的重要角色，通過對研制項目協同計劃、控制過程的分析，提出了項目管理生命周期各階段面向角色的系統需求矩陣，在此基礎上構建了分布式航空型號研制項目管理信息系統框架，并給出系統用例。

關鍵詞：型號研制;項目管理；系統需求；信息系統分析與設計；系統框架

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A

文章編號：10013695(2009)01023605

Requirementsoriented product development projectmanagement information system framework in aerospace industry

ZHAO Songzheng，LIU Wei，SUN Yiran，YIN Ming

(Management School， Northwestern Polytechnical University， Xi’an 710072， China)

Abstract:This paper focused on the creation of a distributed product development project management information system in aerospace industry based on a requirementoriented development methodology， to recognize and satisfy more requirements of stakeholders in collaborative product development and to reduce the gap between requirements and system implementation. Major role players of stakeholders and their typical requirements in each phase of project lifecycle were identified，and a case study based on a proposed system architecture was presented.

Key words:aerospace product development; project management; system requirements; information systems analysis and design; software framework

0 引言

航空型號研制項目是多專業、多部門參與的集設計、試制和試驗于一身的復雜系統工程。相比建筑、通信、信息系統及企業改革等項目，航空型號研制項目技術含量高，歷時周期長，耗資大風險高。具體特點如下：a）項目組織結構層次多，屬強矩陣式，由主研制單位及多家協作單位共同組成，協作單位相對穩定，聯系頻繁[1]；b）工作分解結構（WBS）受項目組織結構影響，任務數量多，任務間相互制約關系復雜；c）型號產品比較相似，信息可重用性高，新項目網絡計劃的制訂往往可以得到歷史項目的經驗支持[1]；d）項目實施階段不確定因素多、進度、資源等方面往往存在沖突，計劃往往發生變化； e）團隊成員間存在大量的信息交換；f）項目相關文檔信息量大、內容繁雜。面對激烈的全球化競爭和不斷提高的客戶需求，航空型號研制項目管理必須有效支持和管理多企業協作下的型號研制項目全壽命周期的過程活動，有效制訂項目的協同計劃，優化調度各參研單位的項目資源，及時監控項目進度，控制項目風險，確保在既定工期內交付低成本和高質量的產品。

航空型號研制項目的復雜性、龐大性以及管理需求決定了對其信息管理的必要性。項目信息管理的主要任務包括計劃編制、項目控制、結構化信息、信息分布和搜索[2]。項目管理信息系統是當今項目管理的重要基石[3]。市場上推出的MS Project(2003)、P3等項目管理信息系統能夠支持工作分解結構、測算成本、定義項目里程碑、制訂勞務計劃、時間進度計劃、預算、活動工期、產生報表、凈值控制、成本狀態、差異比較等基本功能。同時，許多學者也對項目管理系統的發展進行了深入的研究。Rojers[4]開發了輔助分解大型系統的計算機輔助設計工具，Stallings[5]指出部分學者提出了基于智能代理的集成項目管理框架。隨著時代的發展和技術的進步，項目管理信息系統已從單用戶/單一項目管理系統逐漸發展成為復雜的分布式多功能系統[6]。近來越來越多的研究關注分布式協同產品研發項目管理信息系統[7，8]，徐立宏[9]、詹偉等人[10]提出了一些有價值的航空型號研制項目管理信息系統方案，然而大多從功能或流程角度設計系統，而很少考慮項目干系人的需求以及系統設計和實現與用戶需求的一致性［11］。產品設計的目標在于滿足用戶的需求，本文介紹了協同環境下航空型號研制項目的組織結構，識別了項目團隊中重要的角色，列出了各角色所關注的信息。同時，詳細分析了各角色在航空型號研制項目的協同計劃與控制流程和文檔管理中的任務及需求，提出了在航空型號研制項目管理生命周期各階段面向角色的系統需求矩陣。在此基礎上構建了分布式航空型號研制項目管理信息系統的框架，以期為最大化識別和滿足協同產品研發環境下不同項目干系人的需求奠定基礎，系統地管理項目信息，提供有效的決策支持，從而提高型號研制項目的成功率，推動型號項目管理的發展。

1 項目組織結構

傳統的項目管理模式大多是集中于單一地點的基于目標的管理，而我國航空型號研制采取以一家研制單位（集團公司）為主，多家企業（專業研究所、工廠等）支持的管理模式。型號研制生命周期一般分為方案論證（可行性論證）、初步設計（選型試驗）、詳細設計（工裝設計、制造）、設計定型（飛行實驗）、生產定型（批量生產）和使用保障六個階段。集團公司作為主研制單位緊緊抓住總體設計和總裝集成，專業研究所承擔比較獨立的分系統項目，形成“兩頭在內，中間在外，關鍵在手”的“啞鈴型”結構，形成小核心、大協作的科研生產體系[12]。航空型號研制項目一般采取強矩陣式組織結構，如圖1所示。集團公司下達研制任務時，為不同項目任命項目經理（總工程師）、副總工程師。隨著研制工作結構的分解，還需要任命各分系統工程師和單項設備、部件的主管，明確子項目或活動的責任單位，建立組織分解結構。參研單位內繼續細分研究室、車間、型號軟件檢測中心等職能部門，明確項目子活動的具體組織單元。同時，為保證研制任務的按期完成，集團公司還將組織機關職能部門有關人員指揮和組織研制工作。其主要任務是計劃、跟蹤和協調，管理各型號研制項目從啟動、計劃、實施控制直至收尾。

由此，在型號研制項目團隊中至少可以識別出六個重要角色，即總經理、項目經理、計劃員、活動跟蹤/協調員、子項目/活動負責人和顧客。總經理和項目經理關心項目的進度狀態和資源耗用；終端顧客和團隊成員希望獲得研制生命周期中型號的各種特征和技術狀態；計劃員需要確定研制任務的組織與分工，組織研制協作配套網絡，制訂與組織研制計劃與實施；控制/協調員進行日常的指揮調度，協調單位內部及單位之間的沖突等。不同的角色從不同的角度關注型號研制的狀態，存在不同的信息需求。表1列出了各角色的主要信息需求[13]。

2 設計需求

項目管理信息系統旨在為項目經理提供計劃、組織、控制、報告等的決策支持[14]。Suhanic[15]指出項目管理系統應包括五個重要方面：a）項目定義——系統地建立項目范圍及參數；b）項目工作分解結構——定義創造可交付產品的活動和任務；c）組織結構分解——定義資源及分配任務；d）項目預算及成本控制——基于范圍和信息的質量進行估計；e）項目排程和進度控制——確保在時間范圍內完成活動。Jaafari等人[16]認為項目管理信息系統的需求主要包括系統建模、記錄、存儲、校驗、檢索和綜合管理整個項目生命周期的信息和數據、處理和匯報、評估、提醒以及提供與CAD等其他系統的接口。

航空型號研制是一項多組織協同工作的復雜產品研發活動，各承制單位及用戶將直接參與從設計需求到使用保障整個型號研制生命周期。因此，航空型號研制項目管理信息系統還需要支持遠程訪問、分布式處理、跨組織團隊間的信息共享和安全交互、協調異地分布資源沖突、問題跟蹤、趨勢預測、變更控制、文檔與項目的集成管理等，以滿足各角色在不同階段的特殊需求。

表1 主要的信息需求

角色信息需求

總經理企業所有項目的進度和狀態

企業所有項目的成本

企業所有項目的進度計劃或預期的技術性能的重大改變

企業所有項目資源的需求變化

企業所有項目的達到目標所面臨的困難

企業所有項目的技術文檔資料和報告

項目經理項目的進度和里程碑節點狀態

項目的成本

項目進度計劃或預期的技術性能的重大改變

項目資源的需求的變化

新的項目需求或工作內容或標準的變化

重大決策的決定或推遲

項目的技術文檔資料和研制階段報告

團隊成員績效

計劃員項目任務進度和狀態

新的項目需求或工作內容或標準的變化

項目進度計劃的改變

資源使用及需求變化

活動跟蹤/協調員活動進度和狀態

活動進度計劃的改變

活動面臨的問題和困難

問題的解決

子項目/活動負責人項目目標的改變

項目進度計劃的改變

項目的新需求

工作任務的改變

問題的解決

顧客項目狀態和進度

項目成本、進度計劃或預期的技術性能發生重大改變

達到項目目標的困難

21 協同計劃

編制項目計劃一般有三種方法：a)經驗導向型，依據歷史成功項目的經驗來編制計劃；b)標準導向型，使用事先定義好的計劃及文檔的標準模板；c)工具支持型，即使用工具自行編制計劃[17]。由于航空型號產品比較相似，往往需要基于歷史項目經驗或標準模板定義項目活動、確定活動工期及各活動間的邏輯關系。而活動起止時間的調整及資源的分配可借助軟件工具完成。現有商業項目管理軟件盡管提供了排程、甘特圖甚至工時預算、時間預測及成本估算等功能[17]。然而異地跨組織共同研制的特點決定了航空型號研制項目信息系統還需要支持在網絡上運行及異地團隊成員的溝通和協同。

航空型號研制項目的計劃采用多級管理的思想[18]，由集團公司及各異地分布的參研單位共同完成。研制計劃按管理粒度一般分為零至Ⅲ級網絡計劃。主研制單位（集團項目辦）編制整個型號的零級計劃P0，主要對項目進行上層的組織與決策，體現客戶要求，明確各承制單位的分工并協調各承制單位間具有協同關系的項目任務。各實施單位在P0基礎上提出更詳細的I級計劃PⅠ，協調本單位所屬個部門所承擔任務，PⅠ主要反映業務單位的主要工作節點和進度，控制性多，作業性少。各生產制造部門依據PⅠ進一步分解，編制Ⅱ級計劃PⅡ，其反映各部門的內部工作節點和進度，作業性較強。業務單位或部門可根據關鍵、重要件需要，編制專項計劃PⅢ。P0、PⅠ、PⅡ、PⅢ經由各級管理層協同集成型號研制項目的整體計劃P，P={P′0，P′Ⅰ，P′Ⅱ，P′Ⅲ}。計劃的協同分解和集成流程如圖2所示。其中，PⅠ={Pi|i=1，2，…，m}，m代表研制單位數，第m個單位有nm個部門，第nm個部門包括lnm個關重件，則

PⅡ={Pmnm|i=1，2，…，m}，PⅢ={Pmnmlnm|i=1，2，…，m}

便于控制，集團公司還將在整體計劃P的基礎上生成總體計劃(調整后的零級計劃P′0)和年度、月度滾動實施計劃，下達至各承制單位。對實施計劃的考核有助于督促計劃的積極完成。盡管型號研制項目依靠歷史經驗可以在初期階段制訂出非常詳盡的計劃，然而產品研發項目在實現方法一般都不夠明確[19]。在型號研制生命周期中，由于開發時間長，產品復雜，難免會產生需求上的變化。添加或刪除一些產品特征，就會相應增加或減少一些活動，從而改變了原有計劃。需求的調整可能產生年度或月度補充計劃。型號研制整體計劃，滾動實施計劃及補充計劃共同構成了型號研制項目的計劃系統。

22 協同控制

項目控制旨在發現計劃與實際的偏差，對項目的成功起著重要的作用。項目控制生命周期是一個經典的反饋循環，包括定義目標、監控、計算偏差、采取糾偏措施四個階段[20]。常用的項目控制方法有網絡計劃和甘特圖技術。

分布式環境下產品開發的協同與控制是最重要的挑戰之一。在型號研制項目中，型號研制計劃是一個多層次計劃，經審批的實施計劃中待完成任務分階段實例化到各實施單位后，各實施單位僅負責控制內部計劃的實施，定期跟蹤或修改計劃，對子項目/活動的進展情況和相關信息進行及時的反饋。上級組織指派活動跟蹤/協調員跟蹤項目進度、確認子項目/活動的狀態、協調下級計劃間的沖突。活動跟蹤/協調員需要及時向上級領導匯報或與協作單位進行溝通，輔助解決實施單位在完成任務過程中出現的問題。實際與計劃的偏差信息反饋為計劃員本期計劃的調整或下期計劃的安排提供支持。各在型號研制項目協同控制階段中角色間的信息交互如圖3所示。信息反饋的及時性和準確性、信息交互的充分性以及監控的預警能力都將直接影響著協同控制機制的效率。

23 文檔與項目多維集成

文檔管理是信息系統中的重要組成部分[21]，在航空型號研制項目生命周期中將會產生大量的文檔資料，包括圖紙、文件、合同、報告等。傳統的文檔管理系統提供了文檔創建、文檔組織、文檔審批、文檔授權、文檔發布、文檔的安全傳輸、文檔更新及文檔刪除等功能。文檔組織指按文檔類型進行分類管理。在型號研制項目中，對文檔的管理提出了更高的要求，需要將文檔與項目集成，對進行結構化管理。徐立宏等人[9]提出文檔需要按項目進行分類管理，Mokhtar等人[21]進一步將文檔與項目工作分解結構進行集成，將文檔與WBS捆綁在一起，使之有序、分層、關聯地組織，為項目管理生命周期中任一階段的文檔信息共享奠定了良好的基礎。此外，還可將文檔映射到型號產品分解結構PBS[22]、質量分解結構QBS[23]和組織分解結構OBS，提供團隊成員不同角度結構化文檔的渠道，利于項目范圍、質量和人力資源的管理，如圖3所示。文檔與項目的多維集成，將無序排列的文檔有組織地與項目緊密關聯，不僅有助于快速檢索相關文檔，而且有利于項目的計劃與控制，型號的研制和問題的跟蹤。

24 需求矩陣

基于以上分析，可以歸納出型號研制項目生命周期中各階段的總經理、項目經理、計劃員、活動跟蹤/協調員等角色對項目管理信息系統的主要需求，如表2所示。

3 系統框架

信息系統是社會經濟學系統，由硬件、軟件和周圍的組織系統組成[6]。在服務器硬件、網絡和分布式數據庫管理系統、Web應用開發工具的支持下，基于項目干系人的需求矩陣，結合通用項目管理理論[24，25]，總結出分布式航空型號研制項目管理信息系統的框架，如圖5所示。該框架包括了服務器、網絡硬件、網絡協議、數據庫管理系統、數據結構、系統功能、項目干系人及其需求和目標等元素。在型號研制項目中，各個角色有著不同的目標，總經理關注企業的運營計劃和資源耗用及項目的成功率，用戶關注是否按期交付滿足需求的高質量的產品，項目經理關注計劃的合理性、進度的完成情況、團隊成員的績效、資源耗用情況，子項目/活動負責人則關心是否按期交付負責的子任務，能否及時反饋、解決出現的問題等。將項目干系人的目標對應的需求映射成系統相應的功能，如范圍、成本、進度、質量管理等（圖中僅列出了典型的功能）。功能模型映射到數據模型以實現數據結構的設計。數據庫中的數據經由各系統功能模塊處理通過系統界面顯示給異地分布的項目干系人，為其提供信息支持，從而滿足和實現團隊中各角色的需求和關注的目標。

4 應用實例

應用需求導向的系統開發方法和分布式航空型號研制項目管理信息系統框架，對我國某航空企業的型號研制項目管理信息系統（AMDPIMS）設計開發進行了構思。AMDPIMS系統以新機研制項目為對象，將型號總指揮部、業務單位、部件生產單位的型號研制活動集成到項目管理平臺上，及時有效地進行項目進度、質量的跟蹤控制。總體業務流程開始于新研制項目的創建，經過項目活動分解、計劃編制、計劃審批、計劃下達、計劃實施、監控及計劃調整7個過程，直至項目交付和評估。功能涵蓋了項目定義、工作分解、項目計劃管理、項目實施控制、項目團隊管理、項目文檔管理、項目質量管理、項目風險管理、項目范圍管理等，如圖6所示。

項目啟動階段，項目經理可通過項目定義與工作分解子系統從項目模板創建、從歷史項目創建和全新創建三種方式來定義項目。從項目模板創建或從歷史項目創建都是按一定的規則套用某種已有的數據格式（如WBS活動間緊前緊后關系，活動工期、工時及成本），可以在一定程度上減少計劃人員的工作量，提高效率。

項目計劃階段，集團公司計劃員通過項目計劃管理子系統編制零級項目計劃，設置項目的里程碑，確定子項目/活動的起止時間，責任單位和活動跟蹤/協調員，各承制單位負責人在主零級項目計劃基礎上，編制各自計劃，分配資源。計劃員在集成所有單位計劃后運用網絡圖等建模工具對研制計劃統一進行優化，并利用計劃生成功能提取總體計劃、年度計劃及月度實施計劃遞交給項目經理、總經理等高層領導審批。批準下達的計劃任務實例化到各活動負責人的任務盒中。 

項目實施階段，責任單位負責人通過項目實施控制管理子系統的完成情況輸入模塊，定期反饋任務實例的實際執行時間和實際完成率，活動跟蹤/協調人通過活動狀態確認模塊管理任務實例的創建、激活、掛起和終止等狀態，同時對反饋的實際進度、成本、質量信息進行確認。承制單位負責人通過問題管理模塊將遇到的問題及時上報給相應的活動跟蹤/協調人。活動跟蹤/協調人上報上級領導或轉發給其他承制單位進行協調，解決問題和沖突。項目經理等以上的高層管理者可通過活動監控功能隨時查看總體計劃、各年度計劃及月度計劃的計劃與實際的比較網絡圖，以便發現偏差，及時采取必要的補救措施，如圖7所示。此外，在項目文檔管理子系統中，文檔設有類別、所屬項目、活動、部件、部門和對應質量標準等屬性。項目團隊成員通過該子系統可以上傳、安全傳輸、發送、查詢相關文檔，同時還可按工作分解結構、組織分解結構、產品分解結構等瀏覽權限范圍內的文檔信息，層次清晰，方便檢索。基于WBS組織的文檔管理界面如圖8所示。

5 結束語

分布式航空型號研制項目管理信息系統的設計取決于用戶的需求。本文識別了多單位協同環境下型號研制項目團隊中的六種基本角色，重點分析了型號研制項目的協同計劃、控制流程，構建了需求矩陣以描述各種角色在項目管理生命周期各階段對項目管理信息系統的主要需求。識別更多的團隊角色及其獲取更全面的需求有待進一步研究。基于需求導向的系統設計方法提出的分布式型號研制項目管理信息系統模型為總經理、項目經理、顧客提供型號研制項目的進展狀態信息，為計劃人員提供了快速、高效的計劃編制工具，使活動跟蹤/協調員與異地分布的子項目/活動負責人得到及時的溝通，有助于縮小系統設計與用戶需求之間的間隙使開發的系統更適應協同研發環境。該模型改變了航空型號研制項目管理信息系統傳統的外圍地位，使其處于中心地位。各組織、團隊成員圍繞系統進行溝通、協同、計劃、實施和控制，按期完成滿足技術標準的型號產品的研制工作。

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