基于DSM的系統(tǒng)集成項目任務(wù)流程優(yōu)化方法＊

鄭 銳，劉振濤，李繼華

（西安翔迅科技有限責任公司，陜西 西安710000）

1 前言

航電系統(tǒng)是現(xiàn)代化戰(zhàn)斗機的一個重要組成部分。戰(zhàn)斗機的作戰(zhàn)性能與航空電子系統(tǒng)密切相關(guān)。隨著航電系統(tǒng)向著更加綜合化、信息化、技術(shù)化、模塊化及職能化的發(fā)展，對航電系統(tǒng)檢測設(shè)備開發(fā)進程、發(fā)展速度有進一步的要求。因此做好航電系統(tǒng)檢測設(shè)備的管理工作，在保證項目質(zhì)量的基礎(chǔ)上達到高效低成本的目的，是眾多航空保障企業(yè)管理的迫切訴求[1]。

在項目的管理中，存在著如下的困難：①項目涉及的參與單位和參與人員眾多，項目的知識結(jié)構(gòu)種類多，知識體系量大，專業(yè)程度高；②項目周期開發(fā)緊張，項目執(zhí)行過程中需求變更多，執(zhí)行時間難以控制；③項目執(zhí)行過程中溝通協(xié)調(diào)難度高，項目中存在著項目總體單位、協(xié)作單位和供應(yīng)商等不同主體，分工協(xié)作模式對信息的溝通與傳遞要求更高。

基于以上原因，在項目立項之初采用任務(wù)工作結(jié)構(gòu)分解方法獲取任務(wù)粒度更小的子任務(wù)，然后采用設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣（Design Structure Matrix，DSM）方法對子任務(wù)進行解耦和重組，獲得新的任務(wù)分解結(jié)果，不僅能夠充分利用有限的資源，而且優(yōu)化項目的反饋機制，達到規(guī)避項目風險、降低項目迭代次數(shù)、提高項目質(zhì)量的目的。

2 任務(wù)的工作分解結(jié)構(gòu)

工作分解結(jié)構(gòu)（Work Breakdown Structure，WBS）是從項目負責人調(diào)控項目的角度，將項目工作分解為更小、更易操作的工作單元，使得工作內(nèi)容與工作之間的關(guān)系更為明確和清晰的一種管理方法。

項目分解結(jié)構(gòu)以產(chǎn)品為中心，把項目按照定義的規(guī)范劃分為獨立的、可以管理的節(jié)點單元。其表現(xiàn)為自上而下的樹狀結(jié)構(gòu)，由獨立的節(jié)點單元組成。每個節(jié)點單元都可以產(chǎn)生一個可交付的成果并能夠反映出與最終產(chǎn)品之間的關(guān)系。

WBS目前并沒有統(tǒng)一的標準，在一般情況下，應(yīng)該根據(jù)具體的工程項目來制定有針對性的WBS。在實際操作中，應(yīng)遵循如下原則：①完整性與徹底性。對于某個項目單元在被分解至更低一級的項目子單元時，子單元的工期、成本的組合應(yīng)與原來的單元對應(yīng)相等。同時對于項目單元來說，在分解力度上應(yīng)使子單元具備產(chǎn)生一個可交付成果的能力。②合理性。對于某個項目單元，如果存在上一級別，應(yīng)保證該單元不可同時從屬兩個上級單元。這種情況通常是因為上級單元的劃分不清導致，可以通過重新定義或合并的方法來修正。③獨立性。在分解至最低層的項目單元，彼此之間的耦合性應(yīng)該盡可能地低，這樣可以在后期的項目運作過程中保證每個單元的的獨立性。④可擴展性。可擴展性要求項目分解時要保證一定的彈性，這樣可以在項目進行過程中動態(tài)調(diào)整，比如變更項目結(jié)構(gòu)、擴展單元內(nèi)容以應(yīng)對一些沒有考慮的因素。項目的范圍擴大或縮小在現(xiàn)實情況下都是存在的，可擴展性的項目結(jié)構(gòu)使得項目分解對最終產(chǎn)品的影響降到了最小。

在實際的工作結(jié)構(gòu)分解過程中，需要根據(jù)實際的項目情況，靈活運用上述準則，經(jīng)過多次對比分析后才能得到合理的結(jié)果。

3 基于DSM的任務(wù)流程重組

經(jīng)過WBS分解后得到的任務(wù)節(jié)點間，依然存在著信息的交互，節(jié)點彼此之間對輸入輸出往往具有一系列的依賴和約束關(guān)系。此時如果對項目的流程設(shè)計不合理，將會導致設(shè)計過程產(chǎn)生大量無用的設(shè)計迭代，從而影響了項目的效率和進度。采用基于設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣的方法用來描述各個任務(wù)節(jié)點間的信息輸入/輸出約束，同時利用算法來逐步消除任務(wù)流程中的不合理迭代節(jié)點，最后重組任務(wù)節(jié)點流程實現(xiàn)對流程的優(yōu)化，從而達到提高項目執(zhí)行效率的目的[2]。

假設(shè)項目流程中包含n個獨立的任務(wù)節(jié)點ai（i=1，2，…，n），將n個節(jié)點之間的輸入輸出關(guān)系表達為一個n×n的矩陣形式，矩陣內(nèi)的元素描述了對應(yīng)行和列所代表節(jié)點的輸入輸出的依賴關(guān)系，這個矩陣就稱為基于節(jié)點的設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣。圖1所示為一個簡單的基于節(jié)點的DSM，圖中顯示包含了A～G7個節(jié)點，為了將整個矩陣中上三角與下三角的元素分開，通常對角線的元素也用節(jié)點標識來填充。

圖1 基于節(jié)點的設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣

在基于節(jié)點的設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣中，行元素表示輸入，而列元素表示輸出。設(shè)aij為第i行第j列的元素，如果節(jié)點i的開展需要節(jié)點j的輸入，則用aij=1來表示，同時如果節(jié)點i的輸出又提供給節(jié)點j，則aji=1。在中節(jié)點C的輸入需要節(jié)點A、B、F、G的輸出，而C的輸出又提供給節(jié)點E和A。如果節(jié)點之間沒有這種信息關(guān)聯(lián)，則對應(yīng)矩陣元素值為空，或者說為0。

原始的DSM通常是由節(jié)點鏈的節(jié)點信息得到的，并沒有按照技術(shù)上的優(yōu)先關(guān)系排序，這種情況表現(xiàn)為矩陣上三角區(qū)域存在許多非零元素，所以要對DSM模型進行處理。模型處理有兩個目的：一是得到所有節(jié)點信息約束關(guān)系；二是減少和控制節(jié)點間信息的回流。需要用到DSM分解算法，由節(jié)點依賴強度判別算法、割裂算法等[3-4]。算法流程如下：①計算節(jié)點的信息需求；②計算節(jié)點的信息輸出；③對所有節(jié)點按照最少信息需求→最大信息輸出→實際或經(jīng)驗的順序排序；④重復①②③步驟，直到全部的節(jié)點被規(guī)劃完畢。

經(jīng)過上述流程的處理，DSM中的迭代節(jié)點順序也被確定，可以清晰地看出項目中迭代出現(xiàn)的區(qū)域，為后續(xù)的進度安排和質(zhì)量控制提供幫助。

4 航電系統(tǒng)檢測設(shè)備項目流程優(yōu)化實例與討論

典型的航電系統(tǒng)檢測設(shè)備項目包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩大部分，而每個子系統(tǒng)又各有自己的執(zhí)行流程。表1給出了一個典型的設(shè)計流程節(jié)點的案例。

表1 航電檢測設(shè)備項目設(shè)計流程節(jié)點

根據(jù)表1中的節(jié)點以及后續(xù)關(guān)聯(lián)信息可以得到如圖2所示原始的設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣。

圖2 原始DSM

經(jīng)過分解算法對上述DSM進行預處理，通過節(jié)點依賴強度判別算法對迭代節(jié)點依賴程度的計算以及對加強迭代處理中的割裂算法，得到以下處理過后的轉(zhuǎn)向油泵設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣，如圖3所示。

圖3 算法優(yōu)化后的DSM

從優(yōu)化后的DSM可以看出，該設(shè)計流程中存在著兩個明顯的迭代組合。第一個由節(jié)點11和12組成，對應(yīng)著硬件系統(tǒng)的裝配和系統(tǒng)調(diào)試。第二個迭代的節(jié)點較多，經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)是以節(jié)點12為中心，與軟件部分設(shè)計活動組成迭代。

分析實際情況發(fā)現(xiàn)，上述的迭代信息是符合項目開發(fā)實際的。在航電類項目開發(fā)中，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是一個核心的質(zhì)量控制節(jié)點。在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)之前，軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)是并行獨立進行的，在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)部分才進行耦合，因此這一部分也是項目執(zhí)行中的問題高發(fā)區(qū)。所以要通過系統(tǒng)聯(lián)調(diào)來分別對軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)進行質(zhì)量測試、問題反饋、問題修復和再測試等，以期達到預定的設(shè)計需求，然后才能進行后續(xù)的活動。

這兩個迭代活動也提示人們在實際的項目執(zhí)行過程中，要盡早進行系統(tǒng)性的測試，以便提前發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。盡量不要在項目周期的最后進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，否則這些迭代活動非常耗時，很可能造成項目的延期。

需要指出的是，運用DSM對設(shè)計節(jié)點鏈進行優(yōu)化只是對設(shè)計過程進行了指導性的、以消除迭代節(jié)點為目的的操作，在具體應(yīng)用中，需要根據(jù)經(jīng)驗對優(yōu)化后的結(jié)果進行進一步的調(diào)整。