航天研發項目流程管理與組合風險分析研究

蔣文婷、路子威、溫穎、宮成、牛凱慶/中國空間技術研究院

隨著現代科技的飛速發展，國家建設對高技術含量、綜合化、系統化航天工程項目的研發需求日益增加，這些項目往往面臨高難度技術攻關、多學科研究交叉、復雜分系統交互對接等考驗，為了實現最終指標，還需要大量的開發、迭代及測試，這就對研發項目的流程管理提出了巨大的挑戰。一是技術攻關難度大，研發過程中涉及的核心技術點眾多，進度及風險把控困難，無論是傳統的瀑布式管理模式，還是按照敏捷開發進行模塊化管理，都無法很好地解決技術攻關帶來的累加風險；二是學科專業交叉多，傳統的項目研發過程管理中涉及的管理要素較少，通常針對本領域相關關鍵信息進行把控，無法滿足多學科交叉類綜合系統工程的研發管理需要；三是研發周期要求高，技術狀態變化極快，實際研發進度難以與過程管理進度統一，導致技術狀態管理失控，項目計劃形同虛設；四是系統間交互復雜，各項目之間、項目內部各分系統間關聯性強，存在風險傳遞及依賴，需要綜合考慮項目組合風險。

為了提升航天研發項目管理效能，筆者從項目當前存在的管理問題入手，深入分析項目流程管理和項目組合風險帶來的影響。以項目活動節點為支撐，結合項目研發過程中的進度、成本、質量等關鍵要素進行項目管理流程架構建模，并提出基于頂層架構模型的流程管理邏輯。運用設計結構矩陣（DSM）方法對項目組合關系及風險網絡進行可視化展示，構建網絡模型，分析項目組合風險網絡中元素的關系，對組合風險的因素進行梳理和研討，用以指導后續航天研發項目管理中的風險規避。

一、存在的問題

1.研發項目管理手段單一

管理手段單一，管理人員對項目的控制手段有限，甚至往往會在項目進行的某些階段出現“管理空檔”，這一現象是當前航天研發項目管理工作中普遍存在的問題，也是影響項目研發進度和技術攻關效果的重要因素之一。航天領域相關的技術研發項目特點是：涉及到大量資源的配置協調，還包括團隊和任務的管理工作，以及質量和風險的把控，所有這些因素都直接決定研發項目的成敗和效率。當前我國航天研發項目管理手段有限,部分單位對于項目研發過程僅僅針對關鍵節點進行了進度把控，并對立項和最終結題效果進行考核。對于項目研發流程期間的質量問題、風險預測和績效考核問題都沒有行之有效的管理手段和管理標準體系，勢必會對航天領域研發項目產生巨大影響。

2.項目管理資源配置不規范

航天研發項目的管理人員，通常面臨多領域、多渠道、多項目周期節點高度重合的情況。除了完成項目本身需求的技術、人員、資金等資源配置工作外，在項目執行的前期和研發過程中，管理資源的配置也同樣關鍵。我國航天企業研發項目的管理資源配置普遍并不規范，存在一定的問題，主要表現在3 個方面：一是項目優先級不明確，靈活性不足，管理資源的配置通常和項目優先級相關，但在實際項目管理過程中存在一定程度的“管近不管遠”“會哭的孩子才有奶吃”等現象，資源使用也經常和項目“綁死”，無法按照項目優先級和進展情況靈活調控；二是項目資源需求識別準確性不足，關鍵節點保障不利，準確識別項目資源需求是優化管理配置的前提，這里的需求識別不僅包括起始的項目輸入，也包括進程中的關鍵時間節點、技術節點等的特定保障；三是多項目資源配置原則不統一，計劃不完善，面對多個項目并行，部分單位存在責任主體歸口不統一，資源信息歸口不統一，甚至計劃管理流程存在不完善、不準確、與實際執行進度“兩張皮”的情況。

3.風險預防控制機制執行不利

大型國企在質量及風險控制方面普遍建立了一系列較為完善且嚴格的管理措施，尤其在風險應對及處理方面，管理應急方案及處置經驗到位，很大程度上保障了項目的順利進行。但是在風險預防控制方面，仍然有明顯的短板存在。一方面，項目風險預防機制的執行并不完全，項目管理人員及研發人員往往對風險的考慮不全面，對于外部風險以及項目組合導致的內部疊加風險估計不足，也未形成項目管理全周期的風險預防執行機制；另一方面，項目風險存在不確定性，近年來隨著研發項目本身的復雜性和多項目之間依賴關系的增加而逐步遞增，對應的管理機制優化并不足以適應這一變化，這需要在分析項目管理流程的過程中，進一步對項目風險，尤其是組合風險進行深入分析，才能最終提升航天研發項目的管理能力。

二、項目流程管理分析

1.研發項目流程管理的定義

研發項目流程管理，或項目管理流程，在管理學領域通常是指對項目進行全生命周期的管理，不僅包含針對被研發的產品或技術本身的需求分析、戰略規劃、資源調配、市場推廣等層面，也涵蓋組織結構設計、質量管控、人員分配、風險管理、績效評價等。航天研發項目的流程管理，通常按照項目立項、規劃、執行、測試、驗收等階段開展，不同階段對管理規則制定者和實施者的要求不同，需要按照系統工程的方式對管理目標進行分析研究，建立完善的管理流程模型。

以航天研發項目為例，對項目頂層流程按照活動節點進行分解，以明確工作范圍。將項目執行過程中涉及的關鍵要素及對應階段的主要風險因素融合到研制流程中，以實現項目多要素與管理能力的綜合管控為目的，構建頂層項目管理架構，如圖1所示。

圖1 頂層項目過程管理架構圖

圖中橫坐標表示航天研發項目的全生命周期節點，縱坐標是項目管理涉及的9 個主要管理及潛在風險因素。再進一步，項目的每個關鍵節點都可以按照類似的流程進行策劃論證、執行、測試監控及收尾，9 個管理因素則通過管理影響及潛在風險影響主動或被動地體現在具體節點中。在過程管理的項目工作分解中，需要以數據為驅動，以活動為基礎，形成結構化的產品數據和業務數據，實現對項目全生命周期流程的細化管理和高效監控。在活動中明確政策、技術、資源、成本、質量、市場等管理要素和風險，以實現對每個項目流程的多要素嚴格管控。

2.流程管理能力提升

從主動提升管理能力，提升對上述9 個主要管理因素的流程管理能力角度來說，研發項目流程管理能力提升主要包括項目資源管理、項目計劃管理、技術開發管理等，需要一套完善的流程化管理系統貫穿整個項目。

項目資源管理能力的提升，需要融入敏捷迭代思想，形成標準化項目調度方法體系，同時面向企業內部管理人員，以規范文件等形式推廣，確保落地執行。對于重大項目和關聯緊密的系列項目，可依據方法體系組建專職管理團隊，實現高效流程管理，保障項目間資源共享、工作協同。

項目計劃管理能力的提升,需要建立起以流程為核心驅動、以量化考核為基礎、以項目人員為基本管理單位的過程完整、步驟可裁剪、員工認可度高、可執行性強的項目計劃管理系統，規范航天研發項目的管理，提升管理人員能力。

技術開發管理能力的提升在于強化項目質量審計把關，為產品研發提供良好的保障體系。要求管理人員按照項目計劃，周期性地跟蹤、監控、收集、分析項目管理中的技術要素及過程數據，并給出解決方案，需要重視質量、成本、進度、風險以及收益之間的平衡關系，進一步提高研發勞動生產率。

此外，在提升管理能力的同時，必須要重視項目風險管控，尤其是在流程管理模式下對多項目協同管理復雜場景的項目組合風險管控。

三、項目組合風險分析

1.項目組合風險的定義

根據管理學的定義，項目組合是指為了實現組織戰略目標而組合在一起管理的項目、項目集和其他工作。項目組合管理是為了實現組織戰略目標，對一個或者多個項目組合進行的集中管理，項目組合通常關系著組織戰略目標的達成。實際上，由于項目組合中的項目、項目集和其他工作之間常常存在復雜的依賴關系，且相互影響，風險容易形成連鎖反應甚至疊加效應，局部問題非常容易放大到多個項目或整體，可能產生一系列嚴重后果，所以開展項目組合風險的研究意義重大。

項目組合風險很大程度上來源于項目間依賴關系的變化，在項目集組成的復雜網絡環境下，如何對風險進行量化分析，確定不同風險點的相互作用和影響方式是需要重點關注的問題。從關系角度出發，項目組合風險通常包含項目間的依賴關系、風險因素間的依賴關系、風險因素與項目之間的對應關系3 種不同的關系。這些關系都會對項目組合的風險分析產生巨大影響，但是當前研究者通常從項目之間的依賴關系角度出發，量化項目組合風險，對風險因素相關的依賴關系考慮極少。筆者在后續建模中，同時考慮了這3 種關系，對航天研發類項目組合風險進行定量分析，為項目管理人員合理制定風險規避計劃和評估風險潛在影響提供了理論支持。

2.項目間依賴及風險因素間依賴關系分析

要對項目組合風險開展定量分析，就必須對項目組合內部項目的不同風險之間，以及不同項目之間的復雜依賴關系進行分析研究。國內外專家學者對項目的依賴關系類型開展了大量研究，學界目前存在的普遍共識是：項目組合中絕大多數項目存在1 種以上的依賴關系，即不是單一因素決定項目間的依賴程度，通常將項目之間的關系根據項目執行中涉及的資源、技術、市場、價值等方面因素按照重要性進行分析和分類。這些依賴關系的分類方法固然有其可取之處，但顯然不符合航天研發項目的全部現實需求，尤其是在涉及專業更多的重大系統工程中，不同層級、不同專業項目之間的聯系通常是動態的，無法按照固定分類和某些因素進行定性分類分析。結合航天研發項目的特點，將項目組合網絡中的項目依賴關系分為共享依賴關系、擴散依賴關系和約束依賴關系，如圖2 所示。

（1）共享依賴關系

由于多個項目在資源、工藝、技術積累等方面存在共享而產生的依賴關系。例如，項目A 和B在某項資源上高度重合，2 個項目共享該資源可以顯著減少總資源消耗，如圖2（a）所示，則該資源稱之為共享性資源，使用該資源的2 個項目之間存在共享依賴關系。反之，若2 個項目在該資源使用上存在競爭無法共享，則其為約束依賴關系。

圖2 項目間依賴關系

（2）擴散依賴關系

不同項目之間由于技術、知識及生產工藝等的擴散效應而產生的依賴關系。以技術擴散依賴為例，不同系統間的同類產品研制項目，或同一系統內部的產品迭代和改進，最容易存在項目間的技術擴散依賴。系統A 中的控制組合A與系統B 的控制組合B采用了基于相同核心技術的設計方案，則任何一個項目中該核心技術的攻關成功都會提升另一個項目的成功率，降低綜合成本，此時組合研制項目A與B之間就存在擴散依賴關系。同時，擴散依賴也會導致相關項目風險的連鎖反應。

（3）約束依賴關系

與共享依賴關系相反，項目之間在資源、技術、生產工藝等要素中存在競爭、互斥、排它、繼承等特性時會產生約束依賴。資源約束依賴是由于部分資源本身具有稀缺性，無論該稀缺性體現在時間周期、造價成本還是其他因素，都會導致需求該資源的項目產生相互約束關系。例如，項目A 必須在項目B 釋放某關鍵實驗儀器資源后，才能進行相關研發環節。從管理角度來看，2 個項目之間就存在約束依賴，存在約束依賴關系的項目一般不會因為約束獲得有益影響，而是需要通過管理手段規避相關風險。

在3 種依賴關系內部，按照具體產生依賴的因素不同，將產生更多的依賴細節分類。為了便于定量分析，依賴關系總類僅取大類，根據是否存在依賴關系取值0 或者1。為構建項目間依賴關系網絡，以項目為網絡“頂點”，項目間依賴關系為“邊”，項目間存在的依賴關系為連接權重形成有向加權圖。以P、P、P、P4 個項目為例，構建共享依賴關系網絡，如圖3（a）所示，類似的可以構建其他依賴的網絡。值得注意的是，項目之間的依賴通常不是對等的，存在明顯的單向性，如圖3（a）中項目Pa 和Pc 之間的相互依賴關系并不對等。

使用設計結構矩陣（DSM）對項目依賴關系網絡進行矩陣描述，該方法是一種在項目管理、系統建模等領域廣泛使用的建模方法，以N×N 矩陣對項目間的影響進行可視化，反映項目之間的相互依賴關系，如圖3（b）所示。在DSM 中行和列的表示順序相同，對角線表示項目本身的重要程度參數（取排名整數）。非對角線的元素表示對應行列項目的依賴程度，行表示該項目對其他項目的依賴關系數量，列表示其他項目對該項目的依賴關系數量。此外，對角線元素在進行定量分析的時候，還可以用來表達任務完成時間、任務優先級等關鍵因素。為方便對網絡進行結構和定性分析，以固定權重α、β、γ 將不同依賴鏈接的網絡DSM 進行疊加，得到項目依賴關系DSM。

圖3 共享依賴關系網絡DSM分析

其中，α+β+γ=1，具體數值由項目專家根據經驗確定，取α=0.4，β=0.4，γ=0.2。

在項目組合中，風險因素之間也存在類似的依賴關系，其影響大致也可以按照類似的分類邏輯分成共享、擴散以及約束型依賴關系。對航天研發項目主要面臨的政策、技術可行性、關鍵技術突破、人員與工藝、成本、進度、供應商管控、質量和市場競爭9 類風險因素進行基于依賴關系的DSM 建模。與項目依賴類似，風險因素之間的依賴度也需要由專家通過對整體項目群組的預期值確定DSM 的初始值。由于項目組合依賴影響產生的風險因素變化，即項目組合風險分析，需要更加科學的方法來進行分析。

3.項目組合風險模型

由項目依賴關系DSM 和風險因素DSM 可以建立項目組合風險模型，并可以基于該模型對項目組合風險優化模式進行設計探索。模型通過對項目依賴以及風險因素的映射，如圖4（a）所示，表達了包括項目間的依賴關系（包括3 種不同依賴類型造成的影響加權）、風險因素間的依賴關系（風險因素間的連鎖反應）以及風險因素與項目間的對應關系（項目受風險因素影響的程度）3 種因素。由圖中結構可知，項目組合與風險因素網絡中元素之間存在復雜的關系，尤其是當項目依賴出現時，會對風險因素產生明顯的影響。

采用一種改進后的隨機行走算法對項目組合后的風險因素DSM 進行分析。該算法原理是從網絡某個隨機節點出發，與傳統隨機行走算法不同的是：在游走過程中，除了可以移動和跳轉到任意節點外，還會以一定概率回到出發點重新開始。例如，在圖4（a）中，隨機選擇項目節點Pi 作為起始點，在項目依賴關系網絡中游走的同時，會以一定概率λ 回到起始點Pi 重新開始游走，也會以一定概率σ 跳轉到風險因素網絡中游走。同樣，如果隨機選擇任意風險因素節點Ri 為起始點，初始化概率和跳轉到項目依賴關系網絡的概率也是λ 和σ。通過算法的迭代，獲得每次迭代時整個網絡中每個節點出現的概率，可以得到優化后的風險因素DSM，以及項目與風險因素之間的映射矩陣X，如圖4（b）所示。

圖4 項目組合風險模型

項目組合風險分析具體流程如下：

首先，獲得項目依賴關系DSM 和風險因素依賴DSM，以及隨機初始化的項目與風險因素之間的映射矩陣X（0-1 矩陣），并依據公式（2）構建項目組合風險模型的隨機游走矩陣：

其中，P 是項目依賴關系DSM，R 是風險因素依賴DSM（式中矩陣都需要進行標準化）。

然后，以P 中的任意節點元素p為初始點，δ 為p與風險因素層的映射權重，（1-δ）為p與其他項目節點的權重，游走的概率矩陣初始化為：

結合重新啟動游走的概率常數λ，概率矩陣的第n 次迭代過程可以表示為：

最終，當|Y-Y|達到預先設定的極小值時，獲得最終的項目與風險因素映射矩陣X，以及更新后的2 個DSM。

四、實例應用

筆者以某重點技術方向研發項目群舉例說明。該方向包含4 個研發項目，以P～P表示，將項目面臨的9 類主要風險因素政策、技術可行性、關鍵技術突破、人員與工藝、成本、進度、供應商管控、質量和市場競爭按照R～R表示。該項目群進行組合風險分析的輸入數據依賴關系網絡DSM、風險因素DSM 和項目與風險因素之間的映射矩陣X 如圖5 所示，其中依賴關系網絡DSM 由公式（1）計算得出，風險因素DSM 及映射矩陣X 由項目專家判斷得出。風險因素DSM 由項目專家按照風險因素之間3 種不同的依賴關系進行百分制打分，并按照公式（1）計算之后進行歸一化獲得（矩陣對角線置1）。

圖5 實例應用驗證輸入數據

使用以上矩陣作為輸入，進行改進的隨機游走算法迭代，得到最終的項目與風險因素映射矩陣X以及風險因素DSM（對角線迭代后置1）（見圖6）。經過算法迭代計算后的矩陣和輸入矩陣進行對比可以看出，映射矩陣經過迭代從簡單的表示獨立項目風險因素發生可能性的0-1 矩陣，演變為包含各項目對應潛在風險因素發生概率分布的預測信息矩陣。該方法既可以通過對單個項目風險因素的概率排序，制定對應的風險防范策略，也可以通過對不同項目間同種類風險的概率分布，判斷該風險因素的影響范圍和程度。

圖6 改進的隨機游走算法迭代獲得的項目組合風險預測結果

項目Pa 的最主要風險是R供應商管控風險、R關鍵技術突破和R政策風險，此外R技術可行性和R進度也需要給予關注。觀察映射矩陣的R行，可以看出人員與工藝風險主要影響Pc，影響范圍較小，而下一行進度風險的影響范圍較大，需要謹防連鎖反應。觀察圖6（b）的最終風險DSM 矩陣，可以獲得某個風險因素受其他因素影響的更精準排序。通過對項目風險因素排序及特定風險的影響范圍進行定量分析，由于風險管理資源的有限性，項目管理人員可以依據這些信息更有效地分配管理資源。此外，項目管理中采用的風險排序標準，通常和風險管理優先級的標準正相關，有助于完成對項目整體風險評級，評估風險發生的概率及影響。

航天研發項目需要根據航天行業本身的發展特點確定管理體系，體系架構確定后，應作為指導研發管理流程、管理信息化平臺建設以及風險控制的重要依據，從而保證項目順利進行。基于項目間的依賴關系、風險因素間的依賴關系以及風險因素與項目之間的對應關系3 個方面，構建DSM 以及關系映射模型，完成對項目組合風險的內涵和演變因素定性分析。最終，使用改進的隨機游走算法，結合實際研制項目數據，對風險關系影響進行定量計算和精準預測，證明了模型的有效性。未來，在項目流程管理和組合風險分析的研究中，可以進一步考慮采用測度模型構建風險因素DSM，并可基于數據驅動探索項目依賴關系的規律。除了組合風險外，項目周期性迭代關系以及風險本身的傳播環境，也是流程管理中值得繼續研究的重要方向。