航天研发项目流程管理与组合风险分析研究

蒋文婷、路子威、温颖、宫成、牛凯庆/中国空间技术研究院

随着现代科技的飞速发展，国家建设对高技术含量、综合化、系统化航天工程项目的研发需求日益增加，这些项目往往面临高难度技术攻关、多学科研究交叉、复杂分系统交互对接等考验，为了实现最终指标，还需要大量的开发、迭代及测试，这就对研发项目的流程管理提出了巨大的挑战。一是技术攻关难度大，研发过程中涉及的核心技术点众多，进度及风险把控困难，无论是传统的瀑布式管理模式，还是按照敏捷开发进行模块化管理，都无法很好地解决技术攻关带来的累加风险；二是学科专业交叉多，传统的项目研发过程管理中涉及的管理要素较少，通常针对本领域相关关键信息进行把控，无法满足多学科交叉类综合系统工程的研发管理需要；三是研发周期要求高，技术状态变化极快，实际研发进度难以与过程管理进度统一，导致技术状态管理失控，项目计划形同虚设；四是系统间交互复杂，各项目之间、项目内部各分系统间关联性强，存在风险传递及依赖，需要综合考虑项目组合风险。

为了提升航天研发项目管理效能，笔者从项目当前存在的管理问题入手，深入分析项目流程管理和项目组合风险带来的影响。以项目活动节点为支撑，结合项目研发过程中的进度、成本、质量等关键要素进行项目管理流程架构建模，并提出基于顶层架构模型的流程管理逻辑。运用设计结构矩阵（DSM）方法对项目组合关系及风险网络进行可视化展示，构建网络模型，分析项目组合风险网络中元素的关系，对组合风险的因素进行梳理和研讨，用以指导后续航天研发项目管理中的风险规避。

一、存在的问题

1.研发项目管理手段单一

管理手段单一，管理人员对项目的控制手段有限，甚至往往会在项目进行的某些阶段出现“管理空档”，这一现象是当前航天研发项目管理工作中普遍存在的问题，也是影响项目研发进度和技术攻关效果的重要因素之一。航天领域相关的技术研发项目特点是：涉及到大量资源的配置协调，还包括团队和任务的管理工作，以及质量和风险的把控，所有这些因素都直接决定研发项目的成败和效率。当前我国航天研发项目管理手段有限,部分单位对于项目研发过程仅仅针对关键节点进行了进度把控，并对立项和最终结题效果进行考核。对于项目研发流程期间的质量问题、风险预测和绩效考核问题都没有行之有效的管理手段和管理标准体系，势必会对航天领域研发项目产生巨大影响。

2.项目管理资源配置不规范

航天研发项目的管理人员，通常面临多领域、多渠道、多项目周期节点高度重合的情况。除了完成项目本身需求的技术、人员、资金等资源配置工作外，在项目执行的前期和研发过程中，管理资源的配置也同样关键。我国航天企业研发项目的管理资源配置普遍并不规范，存在一定的问题，主要表现在3 个方面：一是项目优先级不明确，灵活性不足，管理资源的配置通常和项目优先级相关，但在实际项目管理过程中存在一定程度的“管近不管远”“会哭的孩子才有奶吃”等现象，资源使用也经常和项目“绑死”，无法按照项目优先级和进展情况灵活调控；二是项目资源需求识别准确性不足，关键节点保障不利，准确识别项目资源需求是优化管理配置的前提，这里的需求识别不仅包括起始的项目输入，也包括进程中的关键时间节点、技术节点等的特定保障；三是多项目资源配置原则不统一，计划不完善，面对多个项目并行，部分单位存在责任主体归口不统一，资源信息归口不统一，甚至计划管理流程存在不完善、不准确、与实际执行进度“两张皮”的情况。

3.风险预防控制机制执行不利

大型国企在质量及风险控制方面普遍建立了一系列较为完善且严格的管理措施，尤其在风险应对及处理方面，管理应急方案及处置经验到位，很大程度上保障了项目的顺利进行。但是在风险预防控制方面，仍然有明显的短板存在。一方面，项目风险预防机制的执行并不完全，项目管理人员及研发人员往往对风险的考虑不全面，对于外部风险以及项目组合导致的内部叠加风险估计不足，也未形成项目管理全周期的风险预防执行机制；另一方面，项目风险存在不确定性，近年来随着研发项目本身的复杂性和多项目之间依赖关系的增加而逐步递增，对应的管理机制优化并不足以适应这一变化，这需要在分析项目管理流程的过程中，进一步对项目风险，尤其是组合风险进行深入分析，才能最终提升航天研发项目的管理能力。

二、项目流程管理分析

1.研发项目流程管理的定义

研发项目流程管理，或项目管理流程，在管理学领域通常是指对项目进行全生命周期的管理，不仅包含针对被研发的产品或技术本身的需求分析、战略规划、资源调配、市场推广等层面，也涵盖组织结构设计、质量管控、人员分配、风险管理、绩效评价等。航天研发项目的流程管理，通常按照项目立项、规划、执行、测试、验收等阶段开展，不同阶段对管理规则制定者和实施者的要求不同，需要按照系统工程的方式对管理目标进行分析研究，建立完善的管理流程模型。

以航天研发项目为例，对项目顶层流程按照活动节点进行分解，以明确工作范围。将项目执行过程中涉及的关键要素及对应阶段的主要风险因素融合到研制流程中，以实现项目多要素与管理能力的综合管控为目的，构建顶层项目管理架构，如图1所示。

图1 顶层项目过程管理架构图

图中横坐标表示航天研发项目的全生命周期节点，纵坐标是项目管理涉及的9 个主要管理及潜在风险因素。再进一步，项目的每个关键节点都可以按照类似的流程进行策划论证、执行、测试监控及收尾，9 个管理因素则通过管理影响及潜在风险影响主动或被动地体现在具体节点中。在过程管理的项目工作分解中，需要以数据为驱动，以活动为基础，形成结构化的产品数据和业务数据，实现对项目全生命周期流程的细化管理和高效监控。在活动中明确政策、技术、资源、成本、质量、市场等管理要素和风险，以实现对每个项目流程的多要素严格管控。

2.流程管理能力提升

从主动提升管理能力，提升对上述9 个主要管理因素的流程管理能力角度来说，研发项目流程管理能力提升主要包括项目资源管理、项目计划管理、技术开发管理等，需要一套完善的流程化管理系统贯穿整个项目。

项目资源管理能力的提升，需要融入敏捷迭代思想，形成标准化项目调度方法体系，同时面向企业内部管理人员，以规范文件等形式推广，确保落地执行。对于重大项目和关联紧密的系列项目，可依据方法体系组建专职管理团队，实现高效流程管理，保障项目间资源共享、工作协同。

项目计划管理能力的提升,需要建立起以流程为核心驱动、以量化考核为基础、以项目人员为基本管理单位的过程完整、步骤可裁剪、员工认可度高、可执行性强的项目计划管理系统，规范航天研发项目的管理，提升管理人员能力。

技术开发管理能力的提升在于强化项目质量审计把关，为产品研发提供良好的保障体系。要求管理人员按照项目计划，周期性地跟踪、监控、收集、分析项目管理中的技术要素及过程数据，并给出解决方案，需要重视质量、成本、进度、风险以及收益之间的平衡关系，进一步提高研发劳动生产率。

此外，在提升管理能力的同时，必须要重视项目风险管控，尤其是在流程管理模式下对多项目协同管理复杂场景的项目组合风险管控。

三、项目组合风险分析

1.项目组合风险的定义

根据管理学的定义，项目组合是指为了实现组织战略目标而组合在一起管理的项目、项目集和其他工作。项目组合管理是为了实现组织战略目标，对一个或者多个项目组合进行的集中管理，项目组合通常关系着组织战略目标的达成。实际上，由于项目组合中的项目、项目集和其他工作之间常常存在复杂的依赖关系，且相互影响，风险容易形成连锁反应甚至叠加效应，局部问题非常容易放大到多个项目或整体，可能产生一系列严重后果，所以开展项目组合风险的研究意义重大。

项目组合风险很大程度上来源于项目间依赖关系的变化，在项目集组成的复杂网络环境下，如何对风险进行量化分析，确定不同风险点的相互作用和影响方式是需要重点关注的问题。从关系角度出发，项目组合风险通常包含项目间的依赖关系、风险因素间的依赖关系、风险因素与项目之间的对应关系3 种不同的关系。这些关系都会对项目组合的风险分析产生巨大影响，但是当前研究者通常从项目之间的依赖关系角度出发，量化项目组合风险，对风险因素相关的依赖关系考虑极少。笔者在后续建模中，同时考虑了这3 种关系，对航天研发类项目组合风险进行定量分析，为项目管理人员合理制定风险规避计划和评估风险潜在影响提供了理论支持。

2.项目间依赖及风险因素间依赖关系分析

要对项目组合风险开展定量分析，就必须对项目组合内部项目的不同风险之间，以及不同项目之间的复杂依赖关系进行分析研究。国内外专家学者对项目的依赖关系类型开展了大量研究，学界目前存在的普遍共识是：项目组合中绝大多数项目存在1 种以上的依赖关系，即不是单一因素决定项目间的依赖程度，通常将项目之间的关系根据项目执行中涉及的资源、技术、市场、价值等方面因素按照重要性进行分析和分类。这些依赖关系的分类方法固然有其可取之处，但显然不符合航天研发项目的全部现实需求，尤其是在涉及专业更多的重大系统工程中，不同层级、不同专业项目之间的联系通常是动态的，无法按照固定分类和某些因素进行定性分类分析。结合航天研发项目的特点，将项目组合网络中的项目依赖关系分为共享依赖关系、扩散依赖关系和约束依赖关系，如图2 所示。

（1）共享依赖关系

由于多个项目在资源、工艺、技术积累等方面存在共享而产生的依赖关系。例如，项目A 和B在某项资源上高度重合，2 个项目共享该资源可以显著减少总资源消耗，如图2（a）所示，则该资源称之为共享性资源，使用该资源的2 个项目之间存在共享依赖关系。反之，若2 个项目在该资源使用上存在竞争无法共享，则其为约束依赖关系。

图2 项目间依赖关系

（2）扩散依赖关系

不同项目之间由于技术、知识及生产工艺等的扩散效应而产生的依赖关系。以技术扩散依赖为例，不同系统间的同类产品研制项目，或同一系统内部的产品迭代和改进，最容易存在项目间的技术扩散依赖。系统A 中的控制组合A与系统B 的控制组合B采用了基于相同核心技术的设计方案，则任何一个项目中该核心技术的攻关成功都会提升另一个项目的成功率，降低综合成本，此时组合研制项目A与B之间就存在扩散依赖关系。同时，扩散依赖也会导致相关项目风险的连锁反应。

（3）约束依赖关系

与共享依赖关系相反，项目之间在资源、技术、生产工艺等要素中存在竞争、互斥、排它、继承等特性时会产生约束依赖。资源约束依赖是由于部分资源本身具有稀缺性，无论该稀缺性体现在时间周期、造价成本还是其他因素，都会导致需求该资源的项目产生相互约束关系。例如，项目A 必须在项目B 释放某关键实验仪器资源后，才能进行相关研发环节。从管理角度来看，2 个项目之间就存在约束依赖，存在约束依赖关系的项目一般不会因为约束获得有益影响，而是需要通过管理手段规避相关风险。

在3 种依赖关系内部，按照具体产生依赖的因素不同，将产生更多的依赖细节分类。为了便于定量分析，依赖关系总类仅取大类，根据是否存在依赖关系取值0 或者1。为构建项目间依赖关系网络，以项目为网络“顶点”，项目间依赖关系为“边”，项目间存在的依赖关系为连接权重形成有向加权图。以P、P、P、P4 个项目为例，构建共享依赖关系网络，如图3（a）所示，类似的可以构建其他依赖的网络。值得注意的是，项目之间的依赖通常不是对等的，存在明显的单向性，如图3（a）中项目Pa 和Pc 之间的相互依赖关系并不对等。

使用设计结构矩阵（DSM）对项目依赖关系网络进行矩阵描述，该方法是一种在项目管理、系统建模等领域广泛使用的建模方法，以N×N 矩阵对项目间的影响进行可视化，反映项目之间的相互依赖关系，如图3（b）所示。在DSM 中行和列的表示顺序相同，对角线表示项目本身的重要程度参数（取排名整数）。非对角线的元素表示对应行列项目的依赖程度，行表示该项目对其他项目的依赖关系数量，列表示其他项目对该项目的依赖关系数量。此外，对角线元素在进行定量分析的时候，还可以用来表达任务完成时间、任务优先级等关键因素。为方便对网络进行结构和定性分析，以固定权重α、β、γ 将不同依赖链接的网络DSM 进行叠加，得到项目依赖关系DSM。

图3 共享依赖关系网络DSM分析

其中，α+β+γ=1，具体数值由项目专家根据经验确定，取α=0.4，β=0.4，γ=0.2。

在项目组合中，风险因素之间也存在类似的依赖关系，其影响大致也可以按照类似的分类逻辑分成共享、扩散以及约束型依赖关系。对航天研发项目主要面临的政策、技术可行性、关键技术突破、人员与工艺、成本、进度、供应商管控、质量和市场竞争9 类风险因素进行基于依赖关系的DSM 建模。与项目依赖类似，风险因素之间的依赖度也需要由专家通过对整体项目群组的预期值确定DSM 的初始值。由于项目组合依赖影响产生的风险因素变化，即项目组合风险分析，需要更加科学的方法来进行分析。

3.项目组合风险模型

由项目依赖关系DSM 和风险因素DSM 可以建立项目组合风险模型，并可以基于该模型对项目组合风险优化模式进行设计探索。模型通过对项目依赖以及风险因素的映射，如图4（a）所示，表达了包括项目间的依赖关系（包括3 种不同依赖类型造成的影响加权）、风险因素间的依赖关系（风险因素间的连锁反应）以及风险因素与项目间的对应关系（项目受风险因素影响的程度）3 种因素。由图中结构可知，项目组合与风险因素网络中元素之间存在复杂的关系，尤其是当项目依赖出现时，会对风险因素产生明显的影响。

采用一种改进后的随机行走算法对项目组合后的风险因素DSM 进行分析。该算法原理是从网络某个随机节点出发，与传统随机行走算法不同的是：在游走过程中，除了可以移动和跳转到任意节点外，还会以一定概率回到出发点重新开始。例如，在图4（a）中，随机选择项目节点Pi 作为起始点，在项目依赖关系网络中游走的同时，会以一定概率λ 回到起始点Pi 重新开始游走，也会以一定概率σ 跳转到风险因素网络中游走。同样，如果随机选择任意风险因素节点Ri 为起始点，初始化概率和跳转到项目依赖关系网络的概率也是λ 和σ。通过算法的迭代，获得每次迭代时整个网络中每个节点出现的概率，可以得到优化后的风险因素DSM，以及项目与风险因素之间的映射矩阵X，如图4（b）所示。

图4 项目组合风险模型

项目组合风险分析具体流程如下：

首先，获得项目依赖关系DSM 和风险因素依赖DSM，以及随机初始化的项目与风险因素之间的映射矩阵X（0-1 矩阵），并依据公式（2）构建项目组合风险模型的随机游走矩阵：

其中，P 是项目依赖关系DSM，R 是风险因素依赖DSM（式中矩阵都需要进行标准化）。

然后，以P 中的任意节点元素p为初始点，δ 为p与风险因素层的映射权重，（1-δ）为p与其他项目节点的权重，游走的概率矩阵初始化为：

结合重新启动游走的概率常数λ，概率矩阵的第n 次迭代过程可以表示为：

最终，当|Y-Y|达到预先设定的极小值时，获得最终的项目与风险因素映射矩阵X，以及更新后的2 个DSM。

四、实例应用

笔者以某重点技术方向研发项目群举例说明。该方向包含4 个研发项目，以P～P表示，将项目面临的9 类主要风险因素政策、技术可行性、关键技术突破、人员与工艺、成本、进度、供应商管控、质量和市场竞争按照R～R表示。该项目群进行组合风险分析的输入数据依赖关系网络DSM、风险因素DSM 和项目与风险因素之间的映射矩阵X 如图5 所示，其中依赖关系网络DSM 由公式（1）计算得出，风险因素DSM 及映射矩阵X 由项目专家判断得出。风险因素DSM 由项目专家按照风险因素之间3 种不同的依赖关系进行百分制打分，并按照公式（1）计算之后进行归一化获得（矩阵对角线置1）。

图5 实例应用验证输入数据

使用以上矩阵作为输入，进行改进的随机游走算法迭代，得到最终的项目与风险因素映射矩阵X以及风险因素DSM（对角线迭代后置1）（见图6）。经过算法迭代计算后的矩阵和输入矩阵进行对比可以看出，映射矩阵经过迭代从简单的表示独立项目风险因素发生可能性的0-1 矩阵，演变为包含各项目对应潜在风险因素发生概率分布的预测信息矩阵。该方法既可以通过对单个项目风险因素的概率排序，制定对应的风险防范策略，也可以通过对不同项目间同种类风险的概率分布，判断该风险因素的影响范围和程度。

图6 改进的随机游走算法迭代获得的项目组合风险预测结果

项目Pa 的最主要风险是R供应商管控风险、R关键技术突破和R政策风险，此外R技术可行性和R进度也需要给予关注。观察映射矩阵的R行，可以看出人员与工艺风险主要影响Pc，影响范围较小，而下一行进度风险的影响范围较大，需要谨防连锁反应。观察图6（b）的最终风险DSM 矩阵，可以获得某个风险因素受其他因素影响的更精准排序。通过对项目风险因素排序及特定风险的影响范围进行定量分析，由于风险管理资源的有限性，项目管理人员可以依据这些信息更有效地分配管理资源。此外，项目管理中采用的风险排序标准，通常和风险管理优先级的标准正相关，有助于完成对项目整体风险评级，评估风险发生的概率及影响。

航天研发项目需要根据航天行业本身的发展特点确定管理体系，体系架构确定后，应作为指导研发管理流程、管理信息化平台建设以及风险控制的重要依据，从而保证项目顺利进行。基于项目间的依赖关系、风险因素间的依赖关系以及风险因素与项目之间的对应关系3 个方面，构建DSM 以及关系映射模型，完成对项目组合风险的内涵和演变因素定性分析。最终，使用改进的随机游走算法，结合实际研制项目数据，对风险关系影响进行定量计算和精准预测，证明了模型的有效性。未来，在项目流程管理和组合风险分析的研究中，可以进一步考虑采用测度模型构建风险因素DSM，并可基于数据驱动探索项目依赖关系的规律。除了组合风险外，项目周期性迭代关系以及风险本身的传播环境，也是流程管理中值得继续研究的重要方向。