装备项目质量进度成本一体化监督方法研究

王贵宝，龙立军，邱 欣

(中国人民解放军驻372厂军事代表室，江西景德镇 333002)

0 引言

当前，由于高新技术在装备研制过程中大量应用，履行装备项目监督的质量与可靠性管理工作变得越来越复杂，特别是针对大型航空装备，其复杂性成几何级数增长。近年来，质量与可靠性理论与实践领域面临的最大难题是:对可靠性预计的准确性甚至可能性正逐渐丧失信心［1］。质量、进度、成本是项目管理中的三要素。在我国大多数型号项目管理实践中，一般采用质量、进度与成本三者各自分离的控制方法。这种管理现状割裂了项目管理中各职能的关系。国内外对装备质量、进度与成本集成化控制的相关理论仍处于理论阶段，大都未能充分应用到工程项目中。为实现武器装备全寿命周期的最佳效能，需要进行装备质量进度成本一体化监督方法研究，实现军地双方装备项目质量、进度和成本的闭环管理。

1 问题提出

目前，世界各国武器装备研制陆续采用“一体化设计”方式。武器装备研制实行“一体化设计”是由于当前武器装备越来越复杂，已经成为“系统”而提出来的。90年代中期以后，西方发达国家开始在武器装备采办过程中建立一体化采办小组，参与采办计划的全寿命管理。这些采办小组一般由管理者、研制者、用户、专家以及项目监管与审计等部门的代表组成。“一体化项目小组”有利于克服传统的纯线形管理方法所带来的研制费用高、周期长、效率低的弊端，有助于采购高质量、低成本的武器系统。

作为装备使用单位的军方通常都以关注武器装备使用效能为焦点。系统效能是系统在规定条件下满足一组特定任务要求的程度的度量。系统效能评估主要是指军事领域中的作战效能评估。二战后各国开始出现了一些专门的作战效能分析研究。目前，理论界在进行作战效能评估时采用的方法很多，其中，ADC方法是我们用来评价系统效能的一种基本方法。

随着中国经济的高速增长，武器装备采购合同超亿元的大型工程项目越来越多。近年来，高新技术在装备研制过程中的大量应用，使得工程项目实现多目标均衡的难度也越来越大。因而，为实现装备研制项目一体化监督，在装备研制一体化设计与军方关注装备效能的背景下，装备项目监督面临着以下两个迫切需要解决的基本问题:(1)在履行项目监督过程中，如何架设起装备一体化研制与使用部队关注的装备使用效能之间的桥梁?(2)集成装备质量、进度、成本三者的武器装备项目一体化监督函数能否具有统一形式的测度?

2 装备项目一体化监督需求分析

2.1 项目管理中的三角关系

现代项目管理包括:质量管理、时间(进度)管理、成本管理、范围管理、人力资源管理、沟通管理等9个知识领域，其中质量、进度、成本是项目管理中重要的三大管理目标，它们相辅相成，对立统一，组成一种三角关系［2］。最初，人们意识到成本、质量、时间是制约项目的三大要素和基本目标，其中任何一个目标的改变都会影响到另外两个，由此建立了最早的项目目标三角形模型(见图1a);

1992 年，Dennis Lock等［3］认为在固定的时间和成本约束下，质量是一个不可协调的因素，但是如果缩减工作范围，就能节约项目的成本和时间，同时不能忽视人在项目中的作用，因此形成了新的项目目标三角形模型(见图1b);2002年，戚安邦［4］提出同时考虑项目范围、成本、工期和质量的三角形模型，他将项目的范围、工期和质量看作三角形的三边，而将项目成本看作由这三条边所围三角形的面积(见图1c);近年来，学者张立友提出了同时考虑项目范围、成本、工期和质量的三角形模型。该模型与戚安邦的不同之处在于，三角形的三边分别表示项目的质量、成本和工期，三角形的面积表示项目的范围(见图1d)。

图1 项目管理质量进度成本监督目标模型

质量、成本、进度都是项目管理的重要目标，它们之间互相联系、互相制约，三者之间存在矛盾与统一。项目质量、成本、进度与其它目标共同组成了项目的目标系统。目标之间存在着矛盾和对立的一面。通常情况下，目标系统中的质量目标是项目的基础，在一定条件下，质量目标也会在一定条件下促进成本目标的实现;如果工程项目进度计划制定得既可行又优化，使工程进展具有连续性、均衡性，不但可以缩短工期，而且有可能获得较好的质量和较低的成本。

2.2 项目一体化监督函数需求分析

首先，项目一体化监督函数需要具有简单直观、容易掌握的可操作性。目前，国际上对装备项目质量、进度、成本的集成化管理模型，常见的是挣值理论。国内的银行系统、建筑工程、航天2号工程中有相关的应用报道［5－6］。该理论的基本原理是在保证质量的情况下，通过引进一个中间变量(即“挣值”)来帮助人们分析项目工期和成本的各自变动的情况和所造成的影响。但该模型在使用过程中需要较复杂的数据计算和转换，在实际工程应用中操作比较困难。随着现代数学和计算机技术的迅猛发展，人工智能方法与技术，如遗传算法、神经网络、蚁群算法等，近年来在工程应用中取得了一定的成果。但智能算法应用过程需要一定量的有效样本，部分算法搜索时间长，且智能算法一般难于掌握，因而，在工程实际应用过程中智能算法难于推广。

其次，项目一体化监督函数的计算结果应具有可信性。通常的集成监督模型，主要讨论采用何种评估方法取得目标值，但普遍缺乏对评估结论可信性的探讨，评估可信性的测度问题在武器装备一体化监督中还很少研究。传统的风险优先级数和系统效能ADC方法模型为乘法模型，其预测的失效率等于基本失效率和几个影响可靠性的因素之积。乘法模型的缺陷是容易造成误差的积累。采用加法模型的预测方法将较大程度地减少误差的积累。所以，必须对评估结论的可信性进行再评估。对关键指标评估的可信性分析需要一种更高层次的评估结构。这种评估结构既可包括原评估过程，还可全面观测分析原评估过程，它形成一个可以测控评估可信性的过程回路。

再次，武器装备项目一体化监督应树立以质量为中心的基本原则。为了获取更大的收益和利润，项目集成管理的方法通常是以成本管理为核心。但是，对于军方采购的武器装备，我们需要建立起以项目质量和项目工期作为集成管理的核心区的一套相应的项目集成管理方法。军方总是要求尽可能以最低的费用、最短的时间去获取性能最佳的武器装备。要树立项目“最佳效益”，而不是“最低报价”。通过对质量、进度、成本之间内在联系的分析以及各自在项目管理中的地位，在项目管理中，只有遵循质量第一、成本中心、优化进度的原则，才能协调好这三者之间的关系，并在固定质量的前提下分析成本、进度等目标的集成。

3 装备项目一体化监督理论基础

3.1 常用测度的收敛特性

基于统计学习理论是项目监督管理与实践中的一个新的研究方向［7］。随机变量序列向常数的收敛有多种不同的形式。一种合理的收敛理论可以把各种统计收敛统一起来。目前，建立统计收敛的测度理论已经成为统计收敛研究领域的核心问题。统计收敛是通向测度理论、积分理论、概率论和数理统计的桥梁。在统计收敛理论中，依测度收敛是一种特殊的收敛，在实际中应用较为广泛。下面为常见的几种收敛方式:(1)依分布收敛(Convergence in distribution);(2)依概率收敛(Convergence in probability);(3)几乎处处收敛(Almost sure convergence);(4)一致收敛(Sure convergence);(5)均值收敛(Convergence in mean)。

3.2 卡诺质量模型

质量有狭义质量和广义质量之分。国家军用标准中将质量定义为“一组固有特性满足要求的程度。这里的要求既包括顾客的现实需要，更要考虑满足顾客的潜在需要。为实现人们对产品质量日益增长的需求，目前质量概念的内涵正在经历着从“符合”到“适用”和“顾客满意”方向的巨大变化。装备项目一体化监督是与新时期产品的“大质量观”联系在一起的。这促使我们对质量的认识和理解由狭义的“小质量观”逐渐发展为广义的“大质量观”。这种大质量观要求促使人们对产品的质量、进度和成本等因素进行综合考虑。

图2为日本质量管理专家卡诺博士提出的三元质量模型。卡诺质量模型中包含有三元质量属性:理所当然质量，期望质量和魅力质量。其中理所当然质量是指当其特性不满足顾客需求时，顾客很不满意;而当其特性满足顾客需求时，无所谓满意不满意，顾客充其量是满意。期望质量也有称为一元质量，当质量特性不充足时，顾客很不满意，充足时，顾客就满意。越不充足越不满意，越充足越满意。魅力质量是指当其特性不充足时(并且是无关紧要的特性)，则顾客无所谓，当其特性充足时，顾客就十分满意。

图2 Kano质量模型中三元质量属性

由Kano质量模型，我们将进度和成本与大质量观中的质量概念进行类比，给出相应的概念:(1)理所当然进度，期望进度，魅力进度;(2)理所当然成本，期望成本，魅力成本。这些概念的引入对项目一体化监督具有十分重要的意义。在“大质量观”的主导下，将进度和成本均纳入到质量管理体系环节中，使得项目一体化监督函数的一致性量化测度的定义成为可能。

3.3 边际效益递减律

给定一组反映项目一体化监督函数的特征变量，按文献［8］给出的Wang-Huang信息熵定理，我们现在来研究项目一体化监督函数边际效益递减律。在该定理中，多维感知信息熵函数H(p1，p2，…，pn)形式为:

式(1)中的(p1，p2，…，pn)定义为在n维不确定信息中，每一维信息所显示特征变量事件发生的概率。H(p1，p2，…，pn)满足平均意义上的回归性(可加性)，即

同时，该函数具有极大值

由H(p1，p2，…，pn)函数变化规律可以推导出项目一体化监督函数满足边际效益递减律。项目一体化监督函数曲线应满足边际效益递减律。边际效益递减律定义为:∀X∈K+，X*∈K+，∃X0∈K+，当X≥X0，X*≥X0时，一体化函数F(X)满足:

图3给出了一体化监督函数随系统可能特性的变化规律。其中，黑实线为常用的风险优先数方法和系统效能ADC方法等函数与基本性能的变化规律。黑虚线为实际一体化监督函数与基本性能满足程度之间的一种可能变化关系，为一类复合函数。当基本性能均不满足时，系统一体化监督函数极限为0;基本性能均满足时，系统效能趋近于一个常数。这两条曲线在u0处相交，代表幂函数与该复合函数的交点。

图3 一体化监督函数与基本性能之间的关系

3.4 一体化监督函数的极值条件

现将自然对数的底e按多项式级数分解。同时，用n1表示非负整数阶乘的倒数序列和，如某信息中所含事件数据与其一一对应，则可用分形方法来分析n1所能够表示的含义。在此信息的每次事件中，定义发生某事件(如事件1)的概率作为随机变量。此信息每次按n!分形，则形成的新的事件每次发生事件1的概率分别为1/n!。然后，将整个事件当成一维信息来考虑，定义事件1在整个分形过程中平均意义上发生的概率为p1。计算经过n维分形后的所有事件中共含有事件1的个数，可以求解事件1的发生概率p1。由大数定律可知:事件1发生的个数为n1=e，发生的概率为p1=1/e。

很明显，当n趋于无穷时，事件1在每次分形过程中以不同的概率发生，即可将n1对应的信息视为无穷维Shannon统计信息。由于在整个分解及分形过程中所具有的最大的随机性和模糊性，人们在整个事件上对是否发生事件1这一问题上的感知具有最大的不确定性，即具有最大的感知信息熵，因而，n1对应的信息也可视为一维的感知信息。最大感知信息的极值条件与单一变量的Shannon信息熵是相一致的:由H=－PlnP的性质可知:当单一变量的概率P=1/e时，Shannon信息熵H取得极大值。因而，我们可以推断如下:在一维情况下，一体化监督函数的极值条件函数与Shannon信息熵函数取得极值的自变量条件相同，即如果某一维信息包含事件A发生与否的所有可能概率，当且仅当该信息中能够观察到事件A发生的个数等于e时，则对于事件A发生的一体化监督函数信息具有最大的信息熵。

3.5 一体化监督函数的拟合途径

由于影响装备质量成本进度的指标众多，如果对涉及的所有指标都一一进行监督，进行繁冗的实验测试和计算，将耗费大量人力成本，因此需要明确影响装备项目监督的关键指标。皮尔士(Peirce)采用对象、表征和解释三元数据信息建立了三元一体关系逻辑模型。Peirce指出三元是能够处理任何维度的复杂性关系的最大元素数目。将Peirce的三元一体关系逻辑模型应用到项目一体化监督函数构造上，按系统效能的思路，我们可以给出质量、进度及成本相应能力、可用性和可信性的定义，架设起项目监督在装备研制与使用部队之间的桥梁。

图4 项目监督在装备研制过程中的桥梁作用

项目监督的桥梁作用体现在将质量进度成本监督目标函数转化为使用部队关注的包含能力、可用性和可信性等指标的系统效能函数。图4为本文中建立的项目质量成本进度监督职责与装备使用部队关注的能力、可用性与可信性之间的对应关系。文献［8］给出了应用感知信息测度量化系统效能的方法。在系统效能计算过程时，需根据顾客对系统效能需求的不同，设定能力、有效性及可信性三元指标不同的权重，所求一体化监督函数为能力、有效性及可信性三元的加权平均值。如设定相同的权重，应用级数拟合的思想，一体化监督函数应为与质量进度成本相关的各性能指标的度量函数，它可以降减为能力、有效性和可信性三元指标对系统在平均意义上满足一组特定任务的要求程度。

工程项目总体目标的实现依赖于项目管理者对三大目标的均衡、协调和管理，通过建立一个有效的多目标优化模型，对工程项目三大目标进行综合优化，将为项目管理者提供有效的决策支持。为了消除不确定性的影响，在工程项目监督管理过程中，进行多目标模糊均衡优化是一种通常采用的方法［9］。图5是按统计均衡理论给出的，实际系统效能为图中的长方形区域，它可以通过能力、有效性及可信性三元变量函数拟合等方法来进行量化。

图5 系统效能与可用性、可信性和能力集合关系

4 一体化监督函数的生成及求解过程

4.1 一体化监督函数

下面按照武器装备系统效能ADC方法的定义给出一体化监督函数各相关指标的定义，为便于理解，我们也称由以下推论得出的一体化监督函数方法为改进的ADC方法。

定义4－2可用性指标(A):可用性指标表明的是一体化监督函数各关键要素满足实际可用性需求的符合程度，可表示为一体化监督函数的设计指标按可用性需求在给定条件下正常工作的概率。

定义4－1能力指标(D):能力指标表明的是一体化监督函数中各关键要素满足实际能力需求的符合程度，可以表示为一体化监督函数的设计指标按能力需求在给定条件下正常工作的概率。

定义4－3可信性指标(C):可信性指标表明的是一体化监督函数各关键要素满足实际规定任务的可信性程度，可表示为可用性指标表明的是一体化监督函数的设计指标按可信性需求在给定条件下正常工作的概率。

假设4－1一体化监督函数中的关键要素可以由能力、可用性、可信性三元集合指标给出。

假设4－2在武器装备工程应用过程中，所有项目监督管理者对能力、有效性及可信性三元指标的权重(偏好)均相同。

假设4－3一体化监督函数满足边际效益递减律与极值条件。

推论4－1一体化监督函数(改进的ADC方法)

将可用性(A)、能力(D)、可信性(C)三个关键要素看作为一维的风险信息，则在此基础上建立起来的一体化监督度量函数记为F(P)，定义为改进的ADC方法，它表示变量集合 P=(p1，p2，…，pn)所对应的风险事件发生的相对可能程度。满足假设4－1至4－3相应条件的一体化监督函数F(p1，p2，…，pn)存在，并可表示为可由下式给出:

其中，K为正常数，一般取K=1;λi为pi按概率值计算的加权系数。如取K=1，F(P)函数的极值为F(P)max=e1/e，其值接近为1.4447。我们可以根据F(P)函数存在的极值条件，在进行项目一体化监督过程中，设定目标一体化监督函数值，如1.35，如计算结果超出该值范围，则开始风险预警，再进行重点有针对性的改进工作。

4.2 一体化监督函数求解过程

采用一体化监督函数方法进行项目管理时需要可用性(A)、能力(D)、可信性(C)三个关键要素尽可能一致的得分，以此来提高项目监督过程的有效性。在各因素指标评价过程中，对专业性强的风险事件，需要进行专业技术审查讨论以确定A、D、C的得分。在工程实际应用中，改进的ADC方法经常会结合到专业审查方法，如可采用NASA在项目风险决策中应用到的CROSS方法，以进行得分一致性分析。

采用CROSS这种类型的最大一致启发式方法，可以有效地实现各得分的一致性并实现风险决策的理性选择。表1与表2为考虑工程实际和参照相关标准给出的一体化监督函数的可用性(A)、能力(D)、可信性(C)指标的评分准则与武器装备项目一体化监督函数计算流程示范表。图6为装备研制项目一体化监督函数的一般流程。下一节，我们将结合装备工程项目研制生产实际情况，给出具体实例进行阐述。

表1 可用性(A)、能力(D)、可信性(C)指标的评分准则

表2 武器装备项目一体化监督函数计算流程表

图6 一体化监督函数的一般计算流程

5 工程应用实例

5.1 直8型机主起落架缓冲支柱串气故障基本情况

直8型机是我国研制的大型运输型直升机。空军已陆续采购各型直8装备部队。2011年至2012年10月，因主起落架缓冲支柱端部接头串气，多架次直8某两型机主起落架返厂修理。该零件在返厂进行表面镀铬后进行气密性试验(要求:24小时高低压腔之间不存在串气现象)。图7为主起落架缓冲支柱端部接头外形示意图。

图7 主起落架缓冲支柱端部接头外形示意图

2009年以前，该产品在工厂生产过程中合格率较高，试验出现串气现象为偶发故障。但近年来，零件生产存在合格率低的现象，典型故障现象如下:2012年10月15日，一批端部接头(生产编号:D321617－2，数量:30件)试验合格率低(试验了12件，仅合格1件)，端部接头零件在试验过程中多数都存在的串气(气泡)现象。本次试验件的情况见表3。

表3 主起落架缓冲支柱端部接头零件清单及试验结果

图8a与图8b分别为端部接头外扩供应商与工厂批生产进度甘特图。镀铬层属于较为传统的加工工艺，目前在民用领域已逐步使用热喷涂涂层替代铬层的耐磨性能。在进行铬层封孔测试的同时，研制单位联合北京航空材料研究所进行了热喷涂试验。热喷涂试验件在2012年11月底返厂进行了气密性试验，其试验效果良好。研制单位将根据产品功能属性给出该产品的进一步性能测试需求，以测试该种代替工艺实施的可行性。

结合国外起落架内部结构镀铬后为提高气密性采取封孔处理的加工方案，主机研制单位联合北京航空材料研究所，对9件镀铬后经气密性检查存在漏气问题的端部接头采取518封孔剂封孔处理方式。对经封孔处理的端部接头进行168小时保压试验(正常产品只进行24小时)，发现所有产品封孔效果良好，均未出现再次漏气问题。

图8 进度甘特图

由主机研制单位发EO单形式，明确从9件已封孔的端部接头中抽取3件，在装备使用环境最为恶劣的舰载状态进行装机验证。目前用于装机验证件已基本组装完毕，2012年11月中旬发部队进行装机验证，由主机生产单位对装机验证产品进行连续一个半月的飞行时数统计后，将数据返回主机研制单位进行应用情况分析，以明确进一步处理方案。

5.2 产品故障监督指标生成

我们先给出质量与进度两项指标的A、D、C数据，产品成本的A、D、C数据可以通过类似方法得到。经项目一体化质量监督研究小组分析，决定质量与进度的产品功能因素有:故障影响的重要性、现有产品的生产及外扩周期、竞争性分析、产品的未来目标、改进后产品的竞争力等，评价方法为结合卡诺模型中的三元质量属性，分别按理所当然、期望和魅力属性加权给出。

下面分别给出质量与进度两项指标的A、D、C数据:

(1)产品的可用性属性。在对产品的可用性评级的过程中，小组成员之间需要进行大量建设性的讨论，这期间将会有许多新观点提出来。一般认为，小组成员最终应该达成一致，这当然是一个理想的状态，但需要花费大量的时间。一个很好的折衷办法是采用少数服从多数的民主原则，而将少数人的意见附在后面。按产品特点，按表1的评分准则，研究小组给出产品的质量与进度可用性属性分值分别为8与9。

(2)产品的能力属性。表2所列的格式选取了两个制造商进行能力对比。产品的机械加工与“将来的我们”的分数相同，强于竞争对手(制造商1和制造商2)，所以我们在这一顾客需求上没有必要改进未来的产品;产品试验满足顾客需求(本企业产品现在评分值为2)，但是弱于竞争对手2(评分值为1)，因此，我们将该项未来值设定为1。产品的表面处理(镀铬)，我们当前的产品没有满足(分数为5)，我们的表面处理性能不稳定，而竞争对手的材料使用时间却长得多，我们应该在这个顾客需求上做显著的改进，所以我们将未来值设定为1，这样我们就可以与竞争对手持平了。按表1的评分准则，研究小组给出产品质量与进度的能力属性分值分别为5与5。

(3)可信性属性。可信性用于评价产品生产过程中质量的变化情况。按产品特点及工厂生产情况。研究小组给出产品的质量与进度的可信性属性分值为1与2。

5.3 一体化监督目标函数的计算

通过上述项目一体化质量监督研究小组给出的评分数据，经概率转化后，我们现在按照进行一体化目标函数的计算，其结果为:

在此次故障监督计算的基础上，下一步可制定一体化监督目标，结合装备研制单位研制过程生成数据和故障统计数据，制订详细的一体化监督函数相关指标规范(除A、D、C指标之外，还包含产品“今天的我们”、“将来的我们”、竞争力“改进率”等指标)，逐步建立起武器装备项目一体化监督数据库，进行装备项目一体化监督风险决策和风险预警工作。其实现途径是:在质量控制方面，利用卡诺三元质量模型，将军方的质量需求层层分解，分析质量隐患，强化过程质量监督，促进企业质量文化建设，形成军地统一协调的质量闭环管理系统。在进度监督方面，创新现有的进度管理机制，确保承制单位生产计划制订的针对性、有效性。制定详细周密的装备生产进度节点，建立风险评估制度，采取针对性的规避措施等。在成本控制方面，通过项目监督得到的信息寻找改进途径，降低总成本，保证项目进度，争取达到最适宜的质量成本，并评定质量体系的有效性。

6 结论

本文着眼于提高武器装备研制生产监督管理的有效性和针对性，从实现质量、进度、成本一体化监督管理需要出发，运用现代管理理论和数学建模方法，提出了完整的一体化监督函数的计算公式，明确了指标评分准则和计算流程，充分体现了型号研制监督管理过程定量分析的科学方法，丰富了军代表和装备研制单位对型号研制生产监督的理论和方法，具有较强的创新性，对加快装备研制生产进度、降低成本、提高质量具有重大意义。

［1］Blanks H S.Quality and reliability research into the next century［J］.Quality and reliability Engineering International，1994，10(3):179 －184.

［2］赵万春，黄巍，余伟.军品科研项目管理中的三角关系［J］.四川兵工学报，2008，29(2):74－75.

［3］Lock D，著，李金海，等，译.项目管理［M］.天津:南开大学出版社，2005.

［4］戚安邦.多要素项目集成管理方法研究［J］.南开管理评论，2002(6):70－75.

［5］郭晨.挣值法管理在航天2号工程项目进度控制中的应用研究［D］.西安:西北大学，2009.

［6］长青.工程建设项目成本—进度挣值方法的改进与应用研究［D］.天津:天津大学，2007.

［7］王巍.基于统计学习理论的项目风险评价与预测研究［D］.天津:天津大学，2007.

［8］王贵宝.感知信息熵测度及其在可靠性工程中的应用研究［D］.成都:电子科技大学，2009.

［9］高云莉，李宏南，王楠楠.不确定条件下工程项目的多目标模糊均衡优化［J］.数学的实践与认识，2010，40(11):152－159.