系統動力學在項目管理中的應用研究綜述與展望

摘要：應用系統動力學的理論和方法研究項目的復雜性問題是當前項目管理領域的前沿和熱點課題。以模型結構和模型應用為邏輯主線，系統梳理了項目系統動力學模型中的項目特征、返工循環、控制反饋循環、波及效應和撞擊效應五種基本結構，并從項目后評估、項目估算、變更管理、風險管理和項目控制五個維度綜述了項目系統動力學模型的應用方向。基于文獻綜述，展望了該領域研究的發展方向和趨勢。

關鍵詞：項目管理；系統動力學；復雜系統；反饋回路

中圖分類號：C931

文獻標志碼：A

文章編號：1008-7133（2013）01-0054-06

隨著社會和經濟的不斷發展，項目的復雜性不斷增強，超成本和拖進度現象日趨嚴重。傳統的項目管理技術和工具以靜態和線性的視角看待項目實施過程，對項目復雜性問題的處理已凸顯不足，應用復雜系統科學的理論和方法研究項目的復雜性問題已成為當前項目管理領域的前沿和熱點課題。系統動力學（system dynamics，SD）是處理信息反饋系統問題的學科，幫助人們認識和解決高階、多回路和非線性的復雜社會經濟系統問題。自ROBERTS于1964年首次將SD引入到RD項目以來，國內外學者在SD在項目管理中的應用展開了大量的有益探索，目前已取得了較為豐碩的成果。SD從系統微觀結構入手，應用結構和功能相結合的方法認識和解決系統問題，因此，本文將從項目系統動力學模型結構和模型應用兩個方面對該領域研究進行綜述。

1 項目系統動力學模型結構研究

項目系統動力學建模時，把項目管理過程當作一個整體看待，著眼于項目中存在的各種反饋回路，歸納起來項目SD模型主要包括以下幾類基本結構：項目特征、返工循環、項目控制、“波及效應”、“撞擊效應”和與業主有關的回路。包含上述主要回路的項目SD模型結構，如圖1所示。

1.1項目特征

SD關注項目真實系統特征的建模，包括項目開發（建設或執行）過程和項目管理2個方面的特征。

應用SD對項目建模的一個重要假設是將項目開發任務或工作包看作是流經項目的同質工作流，項目開發任務的執行即是工作流從“待完成工作”存量流入“已完成工作”存量中的過程。ROBERTS是首位將SD運用于項目管理領域的學者，在他開發的RD項目SD模型中，項目開發任務被看作“工作單元”，“工作單元”在產品開發過程中的執行速度由投入資源和生產效率決定。此外，該模型引入了對于項目SD建模影響極為重要的假設：①認知差距——管理者認為的項目進展和項目實際進展以及認為的生產效率和實際生產效率不同；②管理者往往容易低估項目范圍和所需投入。這兩種現象導致了資源分配不足或者效率低下，最終影響了項目績效。

繼ROBERTS之后，大量學者紛紛將項目實際開發過程和項目管理的真實特征納入到SD模型中。其中，對項目開發過程增加的描述主要包括：將正確執行的工作和錯誤執行的工作加以區別，包含多個開發階段，質量管理需要分配額外資源，可執行工作對項目進展的約束為非線性約束，將開發過程視為增值老化鏈和并行約束限制了可同時執行的工作數量等。模型在項目管理方面增加的描述主要包括：由于變更和不確定性的增加對項目設計予以“凍結”或者“解凍”、使用應急資金、設置進度緩沖以及資源分配等。這些特征充分體現了SD具有能夠對管理者決策過程建模的優勢，即SD可以表達管理行為受到項目實際表現與計劃偏差的驅動、人腦信息處理過程存在延遲和與人的行為有關的非線性關系等特征。

1.2返工循環

返工循環被認為是最重要的項目SD模型結構。返工循環的迭代特征（即返工會不斷地產生更多的返工）將項目局部質量問題向項目整個執行過程拓展延伸，是項目管理面臨的重要挑戰。COOPER建立了首個返工循環結構（被錯誤執行的工作流入“錯誤工作”和“需返工工作”存量中，再重新執行，并對其與項目行為之間的關系展開了系列研究。返工循環建立在以下基本假設之上：工作任務的執行總存在一定比例的返工任務；受到質檢周期或產品檢驗周期的影響，返工任務是在錯誤發生一段時間后方被發現；返工任務再次執行時仍可能繼續出錯，因此被錯誤執行的工作一次或者多次地流經返工循環。

在繼COOPER建立返工循環之后，所有的項目SD模型均包含了返工循環。例如，在FORD等建立的老化鏈結構中，工作任務需歷經首次執行、質檢和流入老化鏈的“質檢”存位相連的返工循環3個過程。該結構中的質檢工作需投入額外資源，并在協流結構中增加了平行的返工循環以對本階段和上游階段產生的質量問題加以區分。PARK等的模型中將返工分為由于變更產生的重新執行和對質量問題的重新處理兩類，返工循環除了與“質檢”存位連接外還與“已完成任務”存位連接。LEE等建立的返工循環著重分析了質量問題和變更是如何給項目帶去的負面影響的過程。FORD等的模型將項目各階段之間的溝通和協調過程加入到了返工循環中，LEE等的模型考慮了項目各參與方的協同工作延遲對返工循環的影響。

1.3控制反饋回路

根據剩余工作和剩余時間的關系，項目管理過程中存在著根據績效調整目標和根據目標改進績效兩種控制方法，在SD模型中均用負反饋回路予以表達。此外，SD模型關注管理者采取控制手段時對信息的處理過程，即管理者選擇的控制手段和采取的控制強度是基于其對實際情況的認知，而非實際的項目狀況。例如，由于管理者將未發現的質量問題視為已完成工作，以致高估了項目進展和生產效率。

在根據目標改善績效的控制行為中，項目SD模型主要包括以下三類控制手段：雇用工人（自ROBERTS后所有的模型均包括此結構）（圖1中負反饋回路“1”）、加班工作（圖1中負反饋回路“2”）和加快工作速度（圖1中負反饋回路“3”）。當增加資源投入受到現實條件的制約而無法滿足目標要求時，調整目標是另一種控制手段（圖1中負反饋回路“4”）。

1.4波及效應

“波及效應”是指由于系統內部的策略抵制作用，管理控制行為產生了負效應，這種負效應主要是指控制行為對生產效率和質量的負面影響。“波及效應”涉及的回路主要包括：勞動力人數增加的同時也增加了溝通協調的困難，對生產效率和工作質量產生了負面影響（圖1中正反饋回路“5”和“6”）；加班導致疲勞從而降低生產效率和質量（圖1中正反饋回路“7”和“8”）；加快工作速度降低了工作質量（圖1中正反饋回路“9”）。可見，項目控制手段在發揮負反饋調節機制同時促發了正反饋回路導致項目績效進一步惡化，產生了“波及效應”。此類回路在ABDEL-HAMID和COOPER建立的SD模型中得到了清晰地表達，并被普遍包含于之后的項目SD模型中。

1.5撞擊效應

“撞擊效應”是指在工作流流入“項目系統”并被物理執行的過程中，上游工作存在的問題對下游工作的影響。“撞擊效應”部分源自于上述的“波及效應”結構。項目SD模型中涉及的“撞擊效應”回路歸納起來主要包括以下幾類：①加快工作速度擾亂了工作秩序：加快工作速度導致了在信息不完備和工作面條件不允許的情況下各項工作并行開展，從而降低了生產效率和工作質量（圖1中正反饋回路“10”）；②錯誤產生錯誤：當下游工作對上游工作存在較強的物理依賴時（即下游工作在上游工作基礎上加工、生產或施工），未及時發現的上游工作錯誤將對下游工作的質量造成嚴重的影響（圖1中正反饋回路“11”）；③錯誤產生更多的工作：返工過程中會產生大量額外的工作任務，或者說需要投入比工作首次執行時更多的資源（圖1中正反饋回路“12”）。TALOR等指出，回路12是驅動項目“拐點”動態行為的主要結構，即從項目的某一時刻起，項目完工比例不增反降，從而導致項目失敗。

2 項目系統動力學模型應用研究

項目SD模型的應用主要集中在項目后評估、項目估算、變更管理、風險管理和項目控制等領域。

2.1項目后評估

項目SD模型的項目后評估作用主要是幫助管理者理解已發生的現象，分析項目實際績效是如何以及為什么會偏離項目計劃。項目實踐中，項目運行偏離項目合同的情況頻繁發生，項目各參與方均負有相應責任。業主方造成項目拖延的行為主要包括增加項目范圍或提出設計變更，設計文件和工程聯系單審批時間過長以及工程款未及時支付等，施工方造成項目拖延的行為主要有沒有投入充足的資源或者施工質量較差等。這些行為作為對項目影響的外生因素，作用于項目系統中的控制反饋、“波及效應”和“波及效應”等回路，導致了項目超工期和超成本行為。各種反饋回路交織作用產生的項目動態復雜性使人腦難以處理各方責任糾紛，而項目SD模型則可以準確評估不同參與方的行為對項目造成的影響，以明確各方責任。PRA應用SD模型為30多個項目的工期和破壞索賠提供咨詢服務，COOPER、WEIL等的研究均對模型用于索賠的過程做了詳細討論。Strathclyde大學的系統動力學研究團隊將項目SD模型成功應用于六個大型項目的工期和破壞索賠中。

2.2項目估算

與項目后評估中應用SD模型理解項目已發生現象不同，項目估算是應用SD模型對項目的預測能力。工作范圍和項目預算的低估是產生項目正反饋動態效應的主要因素之一。ABDEL-HAMID將項目SD模型應用于軟件項目的時間和人員需求的估算中，驗證了項目估算準確性會對項目成本和進度產生影響～低估項目時間產生了“波及效應”動態特性從而使項目成本增加，高估項目時間又會由于工作松懈降低生產效率從而使成本增加。WANG等應用SD模型分析了不現實的進度目標對項目成本、進度和成本績效的惡化。寧曉倩應用“飲鴆止渴”基模分析了軟件項目中參照類似項目對新項目進行估算造成項目花費越來越長的時間的現象。馮磊構建了Partnerring模式下的建設工程項目管理系統動力學模型，用以評估項目工期。

2.3變更管理

項目SD模型在項目變更管理中的應用是學者們關注的另一重要領域。COOPER等討論了變更給項目帶來的所有影響，特別指出了變更觸發的“波及效應”和所有變更之間的非線性疊加關系。EDEN等指出多種變更同時發生對項目產生的影響大于單個變更對項目產生的影響之和，并稱之為“組合效應”。項目實踐中，業主方和項目管理者在提出變更請求、變更報價和確認變更的過程中，往往僅考慮變更產生的直接成本，而忽略了變更通過“波及效應”對項目產生的其它間接影響。WILLIAMS應用SD模型來估算變更產生的工期延長時間。HOWICK等討論了項目開始后業主方提出壓縮項目進度對項目產生的影響，并指出由于忽略了“波及效應”，承包商提出的補償要求往往低于他們實際增加的投入。

2.4風險管理

項目SD模型在風險管理領域的應用主要體現在風險管理方法的探索和制定風險管理策略2個方面。FORD等學者在基于SD模型的項目風險管理方法中應用了實物期權理論。SD模型可以表達實物期權的決策制定過程，并測試期權定價。案例分析體現了系統動力學反饋機制在管理實物期權中的重要作用。FORD等將該方法應用于產品開發項目中，全面闡釋了豐田公司獨特的產品風險管理方法的有效性，并部分詮釋了豐田產品處于行業領先地位的原因。WANG等探討了SD模型用于風險管理中風險識別、風險量化和風險響應計劃制定等3個方面的優勢。

如何制定各種風險（不確定性）存在的情況下使項目績效最佳的策略是SD模型的另一類應用。當項目某些特定假設發生時，針對該特定假設制定相應策略的管理者比對項目風險進行較寬范圍管理的管理者表現更好；而實際情況與特定假設相差甚遠時，前者的表現卻差于后者。因此，學者們探索了如何應用SD模型來制定確定條件和不確定條件同時存在時的均衡管理策略。PARK等提出并驗證了應用進度緩沖策略管理并行建設中的不確定性。

2.5項目控制

SD模型應用于項目控制的研究成果主要包括：

（1）提高工作質量。盡管提高工作質量可能會消耗更多的工作時間，降低生產效率，但更利于項目的整體績效。除了通過放緩工作節奏來提高工作質量外，集成化的項目組織也是提高工作質量和及時發現質量問題的方法。

（2）應用SD模型幫助控制策略的貫徹實施。由于項目存在“先變差后變好”的行為模式，一項有效的管理策略的貫徹實施常會碰到阻力。系統動力學結構和行為相統一的研究方法可以幫助整個項目團隊認識項目行為產生的機理并使項目管理者獲得持續推進該項管理策略的信心。例如，增加項目成員的控制策略由于增加了成員之間的溝通和協調，會造成短期內工作效率降低，項目進展反而變慢，但長期會大幅加快項目進度。

（3）應用SD模型輔助制定資源分配策略。LEE等應用SD模型重點討論了資源分配策略中延遲對項目工期的影響，得出了并非越短的控制周期（延遲）能夠使工期越短的反直觀結論。盡管充足的資源能夠提高項目進度，但同時會增加項目成本，PARK研究了如何應用SD模型制定成本和進度均衡的資源分配策略。FORD等研究了如何應用SD模型幫助管理者在項目控制中制定定量的資源分配策略，例如增加多少比例的勞動力人數、加班多長時間和工作強度應提高多大程度才能夠獲得最佳的項目控制效果。

3 發展方向與趨勢分析

（1）根據不同類型項目的特征構建針對性強的項目SD模型。目前的相關研究通常是應用通用的項目模型結構來研究不同類型項目的動態行為，造成了SD模型在幫助管理者認識和解決項目真實系統中的問題上仍存在一定的局限性。例如，由于建設項目上下游工作之間存在著較強的物理依賴關系，質量問題對項目工作流影響的復雜度遠大于RD項目，除其自身需要返工處理以外，與其存在物理依賴關系的工作任務仍可能返工處理，圖1中所示的返工循環就不能較好體現建設項目的生產過程。因此，為提高SD模型對項目真實系統的耦合能力，根據不同類型項目的特征建立針對性強的項目SD模型將是未來主要的發展方向。

（2）多目標均衡優化模型與項目SD模型相結合。項目具有質量、成本、進度和安全等多重目標，各目標之間相互制約、相互影響，管理者常常需要制定出綜合效用最大的決策方案。項目SD模型可以處理單目標的優化問題，但不能在多目標均衡優化問題上對管理者提供決策支持。因此，將多目標均衡優化模型和項目SD模型相結合，可以進一步地發揮系統動力學在項目管理領域的應用價值。

（3）操作層面項目管理方法與項目管理SD方法相結合。項目管理SD方法應用系統的觀點看待整個項目實施過程，關注的是項目系統內各要素和管理決策對項目總體行為的影響，為項目的戰略管理提供決策支持。但由于其不考慮某項工作的具體實施過程，不能輔助管理者進行項目操作管理。因此，如何將諸如CPM/PERT網絡計劃技術和離散時間系統仿真方法等操作層項目管理方法與項目管理SD方法相結合，為項目管理提供全方位支持將是一重要的發展方向。

（4）基于項目SD模型的決策支持系統的研發。隨著項目SD模型與其他模型和方法的結合，SD模型應用的過程將會涉及大量數據，利用手動方法建立數據和模型之間的聯系效率很低。此外，隨著項目實施環境的分布性不斷增強，對模型和數據的共享性提出了較高要求。因此，如何利用信息技術，建立基于web、有機集成以SD模型為核心的模型庫和數據庫的決策支持系統，將是一重要的發展方向。

4 結語

應用系統動力學研究項目管理的復雜性問題作為項目管理領域的研究熱點之一，日益受到國內外學者的關注，涌現出了大量的研究成果。針對所解決的具體問題，新的反饋回路將被不斷地加入到項目SD模型結構中，模型的應用領域也將不斷地擴展。與其他項目管理模型和方法以及信息技術手段相結合，為解決項目管理中的復雜性問題提供系統性和科學性的決策支持作用，將是SD在項目管理領域中應用研究的重要發展方向。

[編輯：徐狀]