基于偏差分析的航空裝備軟件費用控制方法＊

蘭曉宸，張諍敏，張 蕾，付雅芳

（1.空軍工程大學，陜西 西安 710038；2.空軍軍通局，北京 100093；3.空軍駐廣州地區軍事代表室，廣東 廣州 510000)

基于偏差分析的航空裝備軟件費用控制方法＊

蘭曉宸1，2，張諍敏1，張 蕾3，付雅芳1

（1.空軍工程大學，陜西 西安 710038；2.空軍軍通局，北京 100093；3.空軍駐廣州地區軍事代表室，廣東 廣州 510000)

針對航空裝備軟件費用控制與管理問題，提出了一種基于偏差分析的費用控制策略，給出了重大偏差標準設定方法，將掙值管理引入到航空裝備軟件費用監控中，解決了軟件費用與進度的控制問題。研究結果表明，基于掙值管理的方法可準確掌握項目費用和進度的實施情況，當費用或進度偏離計劃時，能夠及時發現項目研發中存在的問題并采取策略進行調整，有效實現了軟件費用和進度的監控與管理。

航空裝備軟件；費用控制；偏差分析；掙值管理

1 引言

航空裝備軟件費用控制是在保證軟件項目質量、滿足工期要求的前提下，對項目實施過程中所產生的費用通過計劃、組織、控制和協調等活動實現預定的費用目標，并盡可能地降低費用的一項活動。隨著航空裝備軟件需求和規模的擴大，軟件費用控制的難度不斷增加，為了使軟件項目按照預定計劃順利完成，必須對其費用、進度等進行綜合計劃與控制。

目前，航空裝備軟件費用控制主要存在以下問題［1］：（1)項目費用預算和估算的準確度差。用戶需求不斷變化，使得工作內容和工作量不斷變化，預算頻頻變更，項目結束時，實際費用與初始計劃偏差較大。（2)缺乏對軟件費用事先估計的有效控制。開發初期忽略對費用的控制，到項目后期，實際遠離計劃出現偏差時才進行費用控制，導致項目超出預算。（3)缺乏費用績效的分析和跟蹤。如果不能進行有效的軟件費用控制，不僅造成軟件費用估算的結果沒有意義，而且還會影響軟件工程的進展，并增加項目超支和研發失敗的風險。

傳統軟件項目控制的方法主要有單因素偏差分析、里程碑法、甘特圖、網絡計劃、累計費用曲線等［2，3］方法。上述方法簡單易行，但卻存在諸多弊端：（1)它對偏差的分析是歷史的，不具有預測性和前瞻性，不能顯示趨勢；（2)只能分析單一因素，不能有效利用所有項目數據，不能明確而簡單地顯示績效；（3)不能綜合費用和進度進行分析，不能分清進度、費用的變化及其相互影響。

為了克服單因素偏差分析的弊端，研究人員提出將工程項目中的掙值管理方法引入到軟件項目中，用于費用和進度的綜合控制。文獻［4］比較了各種軟件費用控制方法，并采用掙值管理分析了工程項目的費用、進度狀況和趨勢；文獻［5］分析了傳統項目監控中的掙值概念，探討了一種將掙值理論應用于敏捷軟件項目監控的方法。在上述研究的基礎上，本文提出了基于偏差分析的軟件費用控制方法。首先闡述了基于偏差分析的監控策略，給出了重大偏差標準的定性和定量設定方法；然后將掙值理論引到軟件費用和進度監控中；最后以F-22戰斗機綜合航空電子系統的裝備軟件為例，驗證了所提方法的有效性。

2 基于偏差分析的軟件費用控制策略

軟件費用控制實質上就是監控費用的正負偏差，并分析偏差的產生原因和變化趨勢，從而及時采取有效措施，使項目朝著有利的方向發展。基于上述思路，本文提出一種基于偏差分析的軟件費用控制策略，用于分析航空裝備軟件的費用和進度在開發過程中的變化情況。

2.1 基于偏差控制的思想

基于偏差分析的軟件費用控制過程是：首先制定軟件費用的實施計劃；然后定期（每周/月)收集項目進展數據，并計算項目在該階段的累計實際費用和累計實現價值；在此基礎上，將項目的實際費用和計劃費用相比較，分析兩者之間的偏差，如果計劃費用與實際費用的偏差超出了項目設定的重大偏差標準，則采取相應控制措施對項目進展情況進行調整［6］；如果偏差未超出所設定的重大偏差，則項目按照預定計劃進行，并繼續收集軟件費用控制所需的相關數據。基于偏差分析的軟件費用控制策略如圖1所示。

Figure 1 Basic process based on variance analysis圖1 基于偏差分析的基本過程

圖1中，重大偏差是項目策劃時制定的一個標準，以此確定在項目計劃執行過程中，偏離項目計劃多少時，就應對項目計劃進行修改，以確保項目能夠按期完成［7］。重大偏差標準是項目計劃執行和控制的有效保障。

2.2 重大偏差標準設定方法

重大偏差標準的設定對技術和經驗的要求較高，如果設定過寬，則容易導致項目失控；如果設定過窄，則給控制工作帶來不利，項目計劃會不斷處于變更之中，并使控制工作帶來的收益遠遠小于其付出的成本。下面分別給出重大偏差的定性與定量設定方法。

（1)偏差定性設定方法。

如果沒有歷史數據，則根據經驗采取一些定性的項目管理控制方式。常用的方法有［7］：

①在項目開始階段，憑借經驗直接確定重大偏差標準。例如，將規模設定為35%，工作量設定為25%。

②基于航空裝備軟件（軍用航空軟件)可靠性和成熟度要求的雙重考慮，將軟件項目最大允許偏差標準的50%作為重大偏差標準。例如，某項目最大允許的規模偏差為36%，則規模的重大偏差標準為18%。而如果是非軍用航空軟件，可以將偏差設置得高一些，如可設置為70%或80%。

（2)偏差定量設定方法。

如果有歷史數據，可以通過對歷史數據進行統計分析來設定重大偏差標準。下面以某軟件項目的工作量為例，對重大偏差的定量設定方法進行說明，見表1。

Table 1 Project workload and the variance condition表1 項目工作量及其偏差情況

根據表1中的數據，利用最小二乘算法［8］進行回歸分析，得到偏差回歸結果如圖2所示。其中，項目工作量的偏差率為0.272 1，采用t檢驗法［8］進行顯著性檢驗：

Figure 2 Result of the variance regression analysis of workload圖2 工作量偏差回歸分析結果

可以看出回歸效果是顯著的。通常取偏差率的一半，即13.61%（這里取14%)。若項目工作量估計為100人天，則可將項目的重大偏差標準設定為100×14%＝14人天。

需要說明的是，對于風險高、不確定因素多的項目，可以將重大偏差標準設置得高一些；而對于風險低、不確定因素少的項目，可以將重大偏差標準設置得低一些。在重大偏差標準計算過程中，如果歷史數據所反映的信息是非線性的，則可以通過對數變換、指數變換等方法將非線性問題轉換成為線性問題，來計算重大偏差，最后再將其還原成非線性的形式。

3 基于掙值管理的軟件費用控制方法

項目費用和進度是相互聯系的，需要進行聯合分析。掙值管理不僅能夠從總體上實現對項目進度和費用的聯合控制，而且還可以提供很多量化信息，因此本文利用它來解決航空裝備軟件費用控制問題。

3.1 掙值管理的基本概念

掙值管理EVM（Earned Value Management)是一種全面反映工程監控成果的系統思想和整體方法，它通過綜合分析項目的進度、費用的度量值，確保在項目出現偏差時，采取有效措施予以修正，最終保證項目順利完成。美國《項目管理知識體系指南》（PMBOK? Guide)對掙值管理的定義是［9］：Earned Value Management，A technology used to measure and report project performance from initiation to closeout。目前，掙值管理方法已被廣泛應用，有資料顯示［10］，美軍F-35戰斗機在研制中就采用了掙值管理技術，并建立了費用/進度狀態月報/周報制度，實現了全系統、全過程精細化管理，較好地實現了性能、進度與費用的協調統一。

3.2 掙值管理的基本參數和評價指標

（1)掙值管理的基本參數。

①計劃完成工作的預算費用BCWS（Budgeted Cost of Work Scheduled)：指某階段計劃完成的工作量所需的預算費用。

②已完成工作的預算費用BCWP（Budgeted Cost of Work Performed)：即掙得值，是指根據批準認可的預算，在某階段實際完成工作的費用。

③已完成工作的實際費用ACWP（Actual Cost of Work Performed)：指到某一時點已完成的工作所實際消耗的費用。ACWP主要反映了項目執行的實際消耗指標。

（2)掙值管理的評價指標。

①費用偏差CV（Cost Variance)：是檢查時點上掙得值BCWP與實際費用ACWP的差異。

其中，CV＝0表示按照預算進行；CV＜0表示超出預算；CV＞0表示低于預算。

②進度偏差SV（Schedule Variance)：是檢查時點上掙得值BCWP與預算費用BCWS的差異。

其中，SV＝0表示項目按照進度進行；SV＜0表示項目進度滯后；SV＞0表示項目進度超前。

③費用績效指數CPI（Cost Performance Index)：是掙得值BCWP與實際費用值ACWP 之比。

其中，CPI反映了掙得值與實際費用的相對關系，CPI＞1.0表示項目費用節余；CPI＝1.0表示項目費用符合預算；CPI＜1.0表示項目費用超支。

④進度績效指數SPI（Schedule Performance Index)：是項目掙得值BCWP與預算費用BCWS之比。其中，SPI反映了掙值與預算費用的相對關系，SPI＞1.0表示項目進度超前；SPI＝1.0表示項目進度符合計劃；SPI＜1.0表示項目進度滯后。

3.3 軟件項目掙值管理的偏差分析

掙值管理是通過分析BCWS、BCWP、ACWP三個累計變量的評價曲線，來反映項目的費用和進度偏差。圖3給出了幾種典型的偏差情形。

Figure 3 Six models of variance index圖3 偏差指標的六種典型情況

這些情形相對應的控制措施如下［11，12］：

（1)ACWP＞BCWS＞BCWP（SV＜0，CV＜0)。此時項目進行的效率低，進度拖延，費用投入超前，需要采取措施控制費用，加快進度；可以采用工作效率高的人員更換一些效率低的人員，提高項目整體的進行效率，保證項目在嚴格費用控制下，按時按質完成。

（2)ACWP＞BCWP＞BCWS（SV＞0，CV＜0)。此時項目投入延后，但進度較快，項目進行效率偏低；可以一方面抽出部分人員降低費用，同時增加少量骨干人員提高項目進行效率。

（3)BCWP＞ACWP＞BCWS（SV＞0，CV＞0)。此時進度快，但是以投入超前為代價，項目進行效率較高；可以適當抽出部分人員放慢進度，以解決投入過快的問題。

（4)BCWP＞BCWS＞ACWP（SV＞0，CV＞0)。此時進度較快，投入延后，項目進行效率高，有望在項目進度提前的前提下，保證費用節余，是一種比較理想的情況，如果后續偏離不大，應維持現狀，保證項目高效率運行。

（5)BCWS＞BCWP＞ACWP（SV＜0，CV＞0)。此時進度慢，投入延后，項目進行效率較高；可以在費用控制范圍內迅速增加人員投入，加快項目進度，保證項目按時按質完成。

（6)BCWS＞ACWP＞BCWP（SV＜0，CV＜0)。此時進度慢，投入延后，項目進行效率較低，可以通過增加高效人員來提高效率，在最低費用代價下完成項目。

3.4 基于重大偏差標準的閾值控制

隨著軟件開發工作的深入，會不可避免地出現費用和進度偏離計劃的情形。如果一出現偏差就變更項目計劃，可能會使軟件項目始終處于變更中，那么控制工作帶來的收益將遠遠小于其所付出的成本，控制活動會變得沒有意義。因此，本文結合重大偏差標準來設定費用和進度控制的閾值，當費用或進度偏差超過設定的閾值時，采取糾偏措施，防止項目失控。

（1)進度績效閾值。

設θmax是軟件工作量的最大允許偏差，利用工作量與費用之間的轉換關系得到：

其中，θmax由2.2節給出的重大偏差標準設定方法確定；EMDS是工作量最大允許偏差轉換的費用。根據偏差分析的控制策略可知，若滿足：

則表明進度偏差超出了允許范圍，項目管理者需要采取措施進行調整。

為了便于分析，將公式（9)轉化為進度績效指標（SPI)的關系式：

（2)費用績效閾值。

設φmax是軟件項目費用的最大允許偏差，則根據2.1節基于偏差分析的控制策略可知，如果滿足：

則表示費用偏差超出了允許范圍，項目管理者需要采取措施進行調整。

為了便于分析，將公式（11)轉化為費用績效指標CPI的關系式：

需要說明的是：如果費用績效偏差或進度績效偏差有一個超出閾值，就需要聯合指標CV和SV進行偏差分析，并根據3.3節給出的相應措施進行控制，以期重新將其納入正常軌道。只有當兩個績效指標的偏差都在閾值允許的范圍內，即同時滿足時，才認為項目在費用和進度方面進展良好，此時不需要對其進行控制。

3.5 軟件項目掙值管理的具體步驟

下面給出航空裝備軟件的掙值管理流程和步驟（如圖4所示)：

步驟1根據項目的實際情況，建立工作分解結構，把項目分解成粒度較小和容易管理的單元，編制詳細的項目費用預算，并將預算歸集到各個工作包中。與此同時，按照分解的工作包逐個編制其計劃與預算。

步驟2項目進展期間，測量人員按照計劃（周期或階段)收集工作量、進度等相關測量數據。

步驟3根據所收集的數據，形成BCWP、BCWS、ACWP的分析趨勢報告，并繪制相應的趨勢折線圖。

步驟4利用公式（4)和公式（5)計算費用偏差CV和進度偏差SV；利用公式（6)和公式（7)計算費用績效指標CPI和進度績效指標SPI。

步驟5采用定性或定量的方法計算軟件工作量的最大允許偏差θmax和費用最大允許偏差φmax，并轉化為進度績效閾值和費用績效閾值。

步驟6進行掙值分析，判斷費用績效偏差和進度績效偏差是否在允許的范圍中，如果偏差在允許范圍內，則返回步驟2；如果偏差超出允許范圍，則項目負責人及相關人員分析偏差產生原因，并根據3.3節給出的控制方法調整計劃，使項目進度和費用控制在基準范圍內，直至項目結束。

步驟7階段結束時，由測量分析負責人完成階段測量分析總結報告。

4 實驗分析

為了驗證本文方法的有效性，以F-22戰斗機綜合航空電子系統［13］軟件中的Sustainment ＆Modifications/Mission System ＆ Software為例進行分析，該軟件的研發周期為10個月（除前期準備階段外)。

首先根據項目累計結果，分別繪制出每個系統的BCWS、BCWP、ACWP趨勢折線，如圖5和圖6所示；然后利用公式（4)～公式（7)計算各個項目的費用偏差CV、進度偏差SV、進度績效指標SPI

和費用績效指標CPI，如圖7～圖10所示。

Figure 5 Earned value analysis of Sustainment圖5 Sustainment的掙值分析

Figure 6 Earned value analysis of Mission System圖6 Mission System的掙值分析

在基于偏差分析的費用和進度控制過程中，設置績效指標SPI和CPI的最大允許偏差和閾值均為0.2，即認為SPI和CPI取值在［0.8，1.2］時，軟件項目進展良好。如果SPI或CPI超出閾值范圍，則認為軟件項目處于異常狀態。

Figure 4 Management process of earned value of the aviation equipment software圖4 航空裝備軟件的掙值管理流程

Figure 7 Variance index of Sustainment圖7 Sustainment的偏差指標

Figure 8 Performance index of Sustainment圖8 Sustainment的績效指標

Figure 9 Variance index of Mission System圖9 Mission System的偏差指標

Figure 10 Performance index of Mission System圖10 Mission System的績效指標

通過研究可以得出以下結論：

（1)通過對基本參數BCWP、BCWS、ACWS以及評價指標SV、CV、SPI、CPI的監控分析，能夠準確掌握軟件項目的費用、進度狀況和變化趨勢。

（2)基于掙值管理的方法能夠在項目進度滯后、偏離計劃的情況下，及時發現項目研發過程中存在的問題，并采取相應措施進行調整，有利于實現對項目費用和進度的綜合控制與管理。

（3)利用重大偏差標準確定績效偏差閾值的方法是有效的，它可以避免軟件項目因出現偏差而進行的反復變更，使得項目費用和進度的控制工作更加合理。

5 結束語

為了使航空裝備軟件按照預定的費用、進度和質量順利完成，本文提出了基于偏差分析的軟件費用控制方法。該方法首先將偏差分析的思想與掙值管理相結合，并通過定性和定量的方法來計算重大偏差標準；然后提出了“進度績效閾值”和“費用績效閾值”兩個指標，根據這兩項指標對航空裝備軟件的費用和進度進行管理。分析結果表明，基于掙值管理的費用控制方法可以準確、合理地反映軟件進度和費用的變化情況，并在項目進度滯后、費用投入超前以及偏離計劃等情況下，及時發現項目研發過程中存在的問題，采取相應措施進行調整。此外，利用重大偏差標準確定的績效偏差閾值，可以避免軟件研發活動因出現偏差而進行的反復變更，從而使項目費用和進度的控制工作更加合理。

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Aviation equipment software cost control method based on variance analysis

LAN Xiao-chen1，2，ZHANG Zheng-min1，ZHANG Lei3，FU Ya-fang1
（1.Air Force Engineering University，Xi’an 710038；2.Air Force Juntong Bureau，Beijing 100093；3.Air Force Military Representative Office in Guangzhou Area，Guangzhou 510000，China)

In order to deal with the problem of aviation equipment software cost control and management，a software cost control method based on variance analysis is proposed.From this method，the qualitative and quantitative of great variance criterion are given.The earned value management method is introduced into aviation equipment software cost supervisory control so as to solve the problem of software development cost and schedule control.The software cost and schedule implementation situation can be reflected exactly from the analysis result of the earned valued management method.When the cost or schedule deviates to program plan，the problem can be found from the method in software development，and adopted in the software cost and schedule control and management.

aviation equipment software；cost control；variance analysis；earned value management

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1007-130X.2014.04.034

2012-07-04；

2012-12-10

通訊地址：250002山東省濟南市市中區陳家莊大街180號1-2205

Address：Room 2205，Building 1，180Chenjiazhuang Avenue，Shizhong District，Jinan 250002，Shandong，P.R.China

1007-130X（2014)04-0772-07

蘭曉宸，（1987-)，女，山東即墨人，碩士生，研究方向為裝備管理與決策。E-mail：lanlunwen＠126.com

LAN Xiao-chen，born in 1987 ，MS candidate，her research interests include equipment management and decision-making.