多项目系统集成策划方法的研究与实践

◎中国运载火箭技术研究院 范建芳等

近年来，随着用户需求的增加以及产品数量的增长，中国运载火箭技术研究院科研生产任务逐年加重，以往基于单一产品研制的策划方法遇到了挑战。由于传统的策划方法缺乏针对多项目的综合管理策划，缺少全局统筹优化，策划的方案经常面临项目间的资源冲突，导致实施性、指导性不强，难以达到预期效果。此外，以往科研生产策划主要围绕当年的任务展开，没有充分重视长期计划与年度计划的关联性，当年与下一年之间的策划连贯性不足，造成年度计划衔接出现断层，进而导致资源链和生产链出现瓶颈，严重影响了任务进度。而研究院承担的研制任务具有技术难度大、研制周期长、研制任务重等特点，多数任务无法在一年内完成，策划方案必须保证跨年度任务中所有项目都能够准确衔接。因此，需要一套更加全面的、科学的、能够基于全局进行统筹优化的科研生产策划方法。

图1 研究院科研生产管理体系示意图

一、系统集成策划方法介绍

研究院科研生产管理体系如图1所示，其本质是一个多项目管理体系。这里的“多项目”是广义的，不仅指由多个单项目组成的一系列项目，还包括单项目和项目群的不同组合形式，具体可分为由多个单项目组成的项目组合管理，由若干单项目和若干项目群组成的混合型项目组合管理或由多个项目群组成的项目组合管理。

科研生产策划是针对整个管理体系的跨项目、跨部门、跨单位的综合性活动，是一项复杂的系统工程。为此，笔者提出了针对大规模复杂系统的系统集成策划方法。

系统集成策划基于系统工程方法和多项目管理思想的全要素、成体系的策划过程。与传统意义上系统策划的“系统”不同，系统集成策划中的“系统”是一个更加广义的概念，它不仅指空间维度的系统（由总体、分系统、单机和组件等构成的工程系统），还加入了对时间维度的考虑。系统集成策划方法在制定当年研制计划时会充分考虑未来一段时间的科研生产任务和生产能力，并以此为前提指导当年计划的实施，实现包括空间和时间维度的广义的全局资源统筹优化。

系统集成策划是一个“高起点、动态”的策划过程。“高起点”是指系统集成策划是从全局战略角度出发，集合了全院各项目、单位和部门，采用由远及近、由粗及细的策划方法，基于对未来需求的预期和生产能力的评估进行全院科研生产任务的策划工作。

“动态”指系统集成策划是一个多项目协调，中长期计划和短期计划相互影响的动态策划过程：首先，各项目之间的制约关系会随着关键资源的变化而动态调整；其次，短期计划在受中长期计划指导的同时，会基于对关键资源的梳理和资源冲突的分析，根据各项目的实际状态，从实施层面对计划进行灵活调整，因此是一个动态的过程。

二、系统集成策划的实践

2012年，研究院开始尝试在科研生产管理中引入系统集成策划方法，经过2年多的实践，有效提升了全院的科研生产效率。

1.科研生产策划总体框架

Scott Fricke和Aion Shenhar指出多项目管理的核心在于如何在项目间优化配置内外部资源，提高资源使用效率，进而提高组织的整体利益。研究院的科研生产管理体系是一个复杂的多项目管理体系，若能从全院的高度对所有项目进行统筹协调，对所有资源进行优化配置，将可得到更加科学的科研生产策划方案。然而，航天项目本身是一个复杂的巨系统，其产品质量要求高、研制周期长、参研单位多，而且各项目的特点各不相同，实现全局优化并不容易。为了真正将全局优化思想落实到实施层面，研究院基于系统集成策划思想建立了“逐级优化，逐步优化”的科研生产策划总框架。

与以往单一项目的策划方法不同，多项目的综合集成策划方法重视各项目之间潜在的冲突管理，通过全局统筹协调，争取在策划阶段就将冲突问题解决，而不必等到实施过程中再去发现问题、解决问题。

研究院基于已签订合同和市场需求分析编制出中长期规划，即3年滚动计划，初步确定各项目未来3年的需求目标。在3年滚动计划的指导下，研究院各项目、厂所制定各自的3年策划，包括各项目及产品的重要计划节点、具体实施办法、资源分配方案以及突发状况的解决预案等。该3年策划重点在第一年的工作策划，后2年主要考虑生产均衡安排、生产条件（资源、生产能力）准备等。至此，各项目、厂所将各自形成一本策划方案。

由于各项目、厂所的分策划仅基于本项目或自身进行，不考虑其它项目和单位，故分策划之间可能会存在资源冲突。要实现全局的优化，必须消除这些冲突。因此在各项目、厂所提交策划报告后，研究院会组织全院策划工作会协调各项目、厂所的策划方案。通过关键资源梳理，尽可能地消除潜在的矛盾和冲突，使各分策划能够共同形成一个全局可行的策划方案。

研究院根据特点对项目进行分类，对类似的项目进行组合管理。在实际工作中，将所有的项目分成3个组合分别开展策划。每个策划都是在项目组合的范围内，结合相关项目和厂所的策划，通过对科研生产工作的完整构思和系统推演，找出完成当前及未来任务的路径和方法，辨识、分析风险和短线，着眼未来任务需求，提前启动能力建设和条件保障工作，优化资源配置，系统提升完成任务的能力。策划结果是形成3本项目组合策划报告。

同样，由于各项目组合的策划只针对本领域进行，也可能存在资源冲突问题。例如，当项目组合1与项目组合2中的产品研制过程需同时占用同一种稀缺资源时，就会产生冲突。因此，在完成3个项目组合的策划工作后，研究院综合各项目组合的策划方案，从物资备料、试验工位、加工制造、总装测试等多方面进行综合策划，明确各项目的冲突所在，梳理引起冲突的关键环节和关键资源，寻找相应的解决办法，并将梳理出来的问题分为院级、项目级和产品级，分别由研究院、项目办和厂所负责应对。院级综合策划是对市场开发、经营管理、质量保证、人力资源、条件建设、产品运输、后勤保障等管理工作进行专项策划，提出全年要开展的重点管理工作，明确工作内容、责任部门、责任人和完成时间。综合策划的结果是最终形成一本高层次、具有全局指导意义的总策划。总策划不仅指导各单位当年的生产计划，还为各厂所下一年度策划报告的制定提供重要依据。

研究院科研生产策划的特征可概括为“逐级优化、逐步优化、长短结合、远粗近细”。其中“逐级优化”是指通过构建“厂所—项目—项目组合—研究院”的多级策划体系，对原来庞大复杂的策划工作进行分解，在明确各级职责和目标的前提下，调动全院各项目、厂所和部门参与到策划过程中。

“逐步优化”是指整个科研生产策划过程有着严密的逻辑性，各环节的设计有理有序、环环相扣，并且具有完备的反馈机制，它们共同构成一个完整的科研生产策划体系。

“长短结合”是指将长期策划与短期策划相结合，在长期策划的指导下进行年度策划，以更加长远的眼光进行策划工作，避免年度计划之间出现衔接断层。

“远粗近细”是制定中长期策划时的主要准则，由于中长期策划是基于对未来的预测展开的，而越是后期的策划，变化的可能性越大，因此过于细致地策划几年后的科研生产工作实际上是不必要的，整个策划过程应在时间维度上呈现出远粗近细的状态，重点制定即将被实施的第一年的策划方案。

研究院科研生产策划体系充分体现了系统集成策划的思想，现已形成了科学、系统的策划机制，策划的成果是形成了指导全院科研生产工作的“131策划”。其中，第一个“1”表示全院的一本总策划，“3”表示3个项目组合分策划，最后一个“1”表示每个单位的一本策划。

2.系统集成策划中的关键链思想

Eliyahum Goldratt博士在其约束理论中认为，任何系统都至少存在一个瓶颈资源，它可以是市场、人力、设备、物资、经费和条件建设等资源中的任何一种，可通过对瓶颈的识别和改进提高资源的使用效率及组织的整体效益。研究院每年承担多个项目的科研生产任务，不同项目需求同一资源的现象较为普遍，当资源数量有限、难以同时满足多个项目需求时，就会出现项目间的资源冲突，进而影响后续项目的进度。因此，要保证各项任务全面顺利完成，必须对各项目合理规划，尽可能减少由于多项目同时抢占同一关键资源而引起的生产冲突。

以往项目策划的主要指导思想为关键路径法（CPM）和计划评审技术（PERT）。CPM/PERT的主要思想是基于对各项目环节持续时间的估算值，利用项目网络图确定计划中的关键路线，而关键路线上的活动直接影响总工期的完成，因此若保证任务按期或提前完工，必须保证关键路线上的资源供给。但CPM/PERT在实际应用中遇到很多挑战，较为重要的一点是CPM/PERT缺乏对受限资源的深入分析。CPM/PERT网络图提供给使用者的信息主要是各活动之间的逻辑关系、时间参数以及项目的总工期等，项目进度中的资源约束没有得到充分体现。传统的PERT往往假定资源是充足的，确定关键路线的主要依据是各活动间的逻辑关系，忽略了关键路线和非关键路线上活动的资源竞争，导致关键活动的工作或进度受到制约，造成整体工期拖后。

为了避免上述问题，研究院在策划制定过程中首次借鉴了关键链法（CCM）的相关理论和思想，在充分考虑资源限制的前提下制定更加合理的科研生产计划。CCM与CPM/PERT的最大的区别是：关键链不仅考虑了各活动的逻辑关系和时间参数，还加入了对资源限制的考虑。关键路径的确定主要依靠网络图中的时间参数，一旦时间参数确定，关键路径就随之确定；关键链的确定则是一个动态的持续优化过程，由于考虑了资源的约束，关键链法会根据各项活动的重要性来分配资源，通过关键链找出存在竞争的资源，确保关键工序优先使用这些资源。因此，关键路径法多被用于单项目管理中，而关键链法则更适用于多项目的管理和策划。

3.关键链法运用实例

假定有型号任务A和B，各任务的起止时间如图2所示。它们都需使用关键资源M，而资源M紧缺，不能满足A和B任务同时使用，此时2个任务之间产生了资源冲突。

利用关键链思想处理上述资源冲突提出以下解决办法：

首先，对存在冲突的任务进行分解，将资源冲突定位到具体工序。假设任务A和B各由3个工序构成，分别记为A-1、A-2、A-3和B-1、B-2、B-3, 如图3所示。进一步分析发现，在任务A中实际只有工序A-1、A-3用到资源M，工序A-2并不使用该资源；在任务B中，只有工序B-1、B-3用到资源M，工序B-2也不使用该资源。也就是说，任务A、B之间的资源冲突实际上是工序A-1、A-3与B-1、B-3的冲突。

其次，对存在冲突的工序进行优化和调整。由于已将资源冲突定位到具体的工序，故现在只需对存在冲突的工序进行调整。由于工序A-2不使用资源M，因此工序A-2和B-1可同时进行；同样，工序B-2也不使用资源M，因此工序A-3和B-2也可同时进行。而工序A-3和B-3都需使用资源M，故工序B-3需等A-3结束后再进行，调整后的计划如图4所示。

图2 任务A和B的起止时间

图4中为了解决资源冲突将工序B-1提前，是有着实际生产依据的。计划的制定主要围绕用户需求展开，因此计划给出的各任务开始时间往往是使用需求开始的时间，而在各种生产条件齐备的前提下，生产活动是可以早于需求展开的。可以看到，上述调整方案有效解决了任务A和B的资源冲突问题，同时保证了2个任务均能够按时完成。

上述方法能够有效避免大范围的生产计划调整，通过将资源冲突问题定位到具体工序甚至更细的子环节，尽可能地缩小计划调整范围，避免由此引发对其它生产任务的联动影响。这也充分体现了关键链中关于重点工作管理的思想和方法，在对各项生产任务进行总体管理和控制下，重点关注存在冲突和有可能延期的任务，区分轻重缓急，挖掘问题产生根源，结合具体问题寻找最佳解决办法。

另外，研究院还通过在适当的时候增加关键资源数量或提高现有生产能力来实现任务的并行工作，解决资源冲突。上述例子中，在条件允许的情况下，可以通过增加资源M的数量使A、B任务能够同时使用该资源，实现并行生产。

图3 任务细化和分解

4.系统集成策划的特点

图4 调整后的计划图

与以往策划方法相比，系统集成策划具有以下特点：

系统性和全局性。系统集成策划方法不只着眼于单个型号或任务的实施，而是站在整个系统的角度着眼于整体的协调策划，通过梳理系统与任务之间以及各个任务内部的不同环境之间的密切关系，明确各项目资源的配置方式，使稀缺资源能够集中使用，得到最大的资源投入回报率。此外，由于每个任务的具体工作由不同部门的不同人员进行管理，当任务的外部环境或内部情况发生变化时，任务内部的局部环节也可能会发生变动，此时需要从全局和整体出发对这些变动进行协调和统一，系统集成策划就是实现这一作用的全局性策划方法。

长期计划与短期计划相结合。系统集成策划方法基于对发展战略的深入理解和对未来市场需求的预估，在制定当年计划的同时形成具有指导意义的长期计划，使院属厂所都能够对未来一段时间的资源需求和人员需求等有着充分的预期，从时间维度实现全局资源的合理配置。这是系统集成策划方法的一个重要创新，它可以有效解决短期计划无法衔接的问题，特别是面临跨多年的重大科研任务时，必须首先制定完善的长期计划，然后逐步落实到各年各月并保证各环节衔接顺畅，只有这样才能保证整个任务的顺利实施。

综合性管理。系统集成策划注重管理工作和实施工作的综合协调，在策划过程中充分考虑管理活动与研制生产活动的综合协调，涵盖时间、质量、风险、沟通、人力资源等多方面的管理内容，通过综合管理工作解决信息孤岛问题，实现各部门以完成任务为中心的信息共享，保证沟通顺畅。

全周期性。在系统集成策划中，整个任务生命周期的各个阶段、责任实体、项目部位等的关系，都将被纳入策划范围进行计划和控制。除此之外，在策划过程中，除了对任务各阶段内部的管理和控制，还需考虑外部因素对生产环节的影响，如任务实施过程中特殊环节的临时变动要求，外界不可抗因素导致的资源紧张等，系统集成策划方法充分实现了内部因素和外部因素的综合策划。

三、取得的成果与后续工作思路

1.系统集成策划的成效

系统集成策划思想的引入为研究院的科研生产策划带来了显著效果，主要体现在以下几个方面：

一是为研究院科研生产策划提供了更高的起点和更全面的视野，保持了项目目标和企业战略的一致性，并真正将全局统筹优化思想落实到了实施层面，确保了年度计划的顺利衔接，提升了研究院科研生产效率。

二是关键链思想的引入，为关键资源的梳理提供了理论指导，弥补了传统策划方法信息不对称、缺乏对受限资源的分析等缺点，有效解决了科研生产过程中的多项目资源冲突问题。

三是提高了项目管理的可视性，使院属厂所都参与到策划过程中，由被动执行任务变为主动参与任务，不仅调动了相关人员的积极性，还使其更加了解科研生产的总流程，帮助其从更加宏观的角度把握自己参与的科研生产任务，促进了厂所及各项目之间的协调与配合。

“131策划”是研究院实施系统集成策划方法所取得的具体成果。“131策划”绝不仅仅是几本策划方案，更代表了一种创新性的管理思想。“131策划”的制定过程是一个系统、完整的策划体系，充分体现了系统工程中系统的概念以及运筹学中全局优化的思想，并首次利用关键链思想解决多项目的资源冲突问题，弥补了传统关键路径法对关键资源考虑不足的弊端。可以说，“131策划”是一种先进的科学策划方法的体现，是系统集成策划方法的成功实践，是研究院在管理模式上的重大创新。

2.后续的工作设想

关键资源梳理是系统集成策划方法中的关键环节。当多个项目同时占用相同关键资源时，就可能引发资源冲突问题，此时需对项目重新进行调整及优化，而作为时间安全余量的缓冲时间，是项目调整的重要依据。

在传统的基于关键路径的策划方法中，缓冲时间均隐藏于各活动时间之中，即计划过程会对每个任务都考虑一定的时间安全余量。但从概率学角度讲，先对每个任务进行压缩，然后统一设置缓冲时间会更加合理，能够更好地提升资源的利用率。

因此，研究院后续的工作是深化对缓冲时间的管理，尝试将原本考虑在每个活动中的缓冲时间提取出来，从全局角度出发，统一对这些缓冲时间进行统筹规划，避免传统计划模式下缓冲时间隐藏于各活动中而被不知不觉地浪费。从统计学角度看，这种处理方式可有效提升项目的整体进度。

系统集成策划方法不仅是一种科学的、系统的、全面的策划方法，更是先进管理理念的重要体现。系统集成策划思想基于系统工程方法和多项目管理思想提出，具有成熟的理论基础和完善的理论框架。系统集成策划方法克服了传统策划方法对资源限制重视不足的问题，在中国运载火箭技术研究院的实践中取得了显著效果，后续还会进一步得到深化和完善，为大型复杂系统的策划工作提供更好的参考和借鉴。