復雜機電系統制造過程項目化管理目標構建分析

周云飛，賽云秀,2，閆 莉

(1.西安工業大學 機電工程學院， 西安 710021； 2.西安石油大學， 西安 710065)

現代復雜機電系統(Complex electromechanical system,CES)已經被廣泛應用于航空航天工業、電力系統、軌道交通、海洋工程和民用機械等領域。這類產品的生產具有單件、小批量的特點，是典型的面向訂單設計(ETO)或項目制造(PMs)的生產組織方式[1]。由于要為客戶提供定制化的專用產品，所以從產品設計、采購、制造、裝配到交付等全部過程都是由客戶訂單驅動的，產品完全根據客戶的特殊需求定制，每一份訂單(或合同)的實現都可以看作是具有特定目標與非常規的一次性制造任務，具有項目的典型特征。因此，將項目管理思想引入到復雜機電系統的制造過程中，實現制造過程的項目化管理，對于提升大型復雜裝備制造企業的制造能力和管理水平具有重大的推動作用。

項目化管理(Projectification Management)[2]作為一種新的管理方式，已經被越來越多的企業所認可和接受，成為企業實現或變革商業和技術戰略的方式。在西方經濟體中，項目化已然成為了一種普遍現象，并涉及到所有的經濟部門。根據調查，目前西方國家經濟活動的項目化程度(項目工作在組織中的份額)大約在30%的范圍內[3]，這意味著大約三分之一的經濟活動是以項目的形式進行的。我國學者鄒慶云等[4]認為復雜機電系統制造不同于一般機械產品生產，缺乏均衡性和重復性，同時制造任務與大型建設工程項目緊密相連，應當作為建設項目的子項目并采用項目管理的方式實施管理。劉國靖等[5]通過分析國內裝備制造企業的一般特征和面臨的挑戰，闡述了國內裝備制造企業推行項目管理的必要性和優越性，并給出了推行項目管理的模式。Xu等[6]以煅燒移動式起重機制造項目為例，研究了協同項目管理解決重型設備制造跨部門的協作問題。王立國[7]從我國裝備制造型企業項目管理能力評價方面進行研究，認為目前我國制造型企業項目管理發展和研究水平均落后于國外發達國家，我國對企業項目管理能力的研究有待深化。羅洪清[8]通過對項目管理引入國內重型裝備制造企業的適應性進行研究，提出在重型裝備制造企業選擇應用項目管理時，在產品運作業務流程應該對標準項目管理進行裁剪，即采用不完全項目管理模式。由此可見，將項目管理的理論和方法引入到復雜機電系統制造過程中，具有一定的優越性，適合于復雜機電系統的制造環境。然而，這些研究僅僅探討了裝備制造企業引入項目管理模式的必要性和可行性，并未就復雜機電系統制造過程項目化管理如何實施進行研究，也沒有從目標體系構建角度進行研究。

為了解決上述問題，本文從項目管理的三大目標協調機理出發，致力于復雜機電系統制造過程的進度、成本和質量三大目標的構建，并提出統籌管理策略。

1 項目管理的三大目標

企業最基本的活動分為兩類：一類是連續不斷、周而復始的活動，稱為“作業”或“運作”；另一類是臨時的、一次性和獨特的活動，稱之為“項目”。因此，對應的就有兩種管理方式，即運作管理和項目管理。前者認為環境是穩定的或者環境的干擾是可以忽略的，給定輸入就可以得到預期的輸出，這種輸出的結果是固定的，并且對輸出的評價只有事后的檢測而沒有過程中的反饋，所以運作管理是開環控制；而后者認為環境是變化的，必須考慮干擾因素的控制才能得到預期的輸出，所以項目管理必須采用閉環控制，通過過程中的監測和反饋進行動態的控制[9]。傳統上，機械制造企業的管理活動并不關注項目，而是關注企業的運作活動。因此，進度、成本和質量并不是直接關注的問題，因為它們變化極小且持續穩定。具體而言，在進度方面，一般制造管理為每項活動制定了可參考的標準時間，并定義了客戶可以信任的交貨時間：較短的時間意味著產品可能性能不佳，較長的時間意味著可以改進設計和工程部門制定的規范；在成本方面，為每一項制造活動制定了標準費用(定額)，并使總成本最小化；在質量方面，質量是一致性的同義詞，參考全面質量管理的關鍵原則，質量是在設計/工程階段的上游產生的，必須努力減少并盡可能消除生產鏈中的差異，以便符合為產品/過程制定的標準[10]。然而，在項目管理中，進度是指活動的持續時間，并且具有明確的開始和結束日期，但是沒有具體可參考的標準時間，因為項目所涉及的活動是新的，可能會改變，只能估計它們的持續時間；在成本方面，項目活動中因為沒有固定的成本，唯一能做的就是預算；在質量方面，項目管理的目的就是確?？蛻舻男枨蟮玫綕M足和確認。所以，項目管理與一般制造管理的目標存在根本的差異，如表1所示。

表1 項目管理與制造管理的目標差異

由表1可知：進度、成本和質量的定義從根本上區別了項目活動與一般制造活動的管理差異。管理意味著處理可能受到或多或少影響的變量：當不允許變化時，或者當因素無法控制時，無法進行管理，因為管理意味著做出決策并采取相應地行動(即規劃和執行控制)。所以，在項目的概念下，可以管理的是那些典型的項目變量：進度、成本、質量和資源，因為它們與其定義密切關聯。前3個變量表示項目績效，是項目經理用來識別、支持和評估項目成功的3個基本標準，而最后一個變量表示限制執行項目所需活動的人力和技術限制。所以，在項目管理領域，通常將進度(工期、時間)、成本(費用、投資、預算)和質量(功能要求、規格、績效)稱為項目的“三大目標”或“三重約束”[11]。它們共同定義了項目與一般制造活動(非項目)的根本區別，是開展項目管理活動的核心，也是判斷項目成功的標準。三大目標之間是高度相關且相互矛盾的，通過相互依賴、相互影響、相互制約，形成辯證統一的關系，也被稱為項目管理的“鐵三角”[12]，如圖1所示。

圖1 進度、成本和質量的“鐵三角”關系

項目管理與一般制造管理的最大區別在于完成一項任務或工作時，突出了進度、成本和質量這三大核心目標[13]。它們代表了在特定日期之前以特定成本交付特定結果的目標。項目管理的目的就是在進度、成本和質量約束下追求項目總體目標的最優化；同時，項目管理的成功取決于這些約束的平衡程度。如果過分強調任何一個約束，那么另外兩個可能會產生“負擔”。因此，這三大目標必須是同步的，必須進行統籌管理。反映在圖形中，就表示項目必須在圖1中的三角形約束范圍內進行計劃和控制。

2 復雜機電系統項目三大目標構建

2.1 復雜機電系統項目的定義

復雜機電系統大多是由客戶定制的服務于特殊工況的一類產品。在面向訂單設計的背景下，每個產品都是項目的最終結果，都可以像項目一樣管理這類獨特的產品(訂單)：在短期內成功交付項目，滿足進度、成本和質量目標的要求；在長期內對客戶和企業產生積極影響，在項目執行期間和之后創造長期價值[14]。基于此，本文將復雜機電系統項目(Complex electromechanical system project,CESP)定義為：在一定的時間、成本、技術和資源約束下，為實現客戶的特定需求，而進行的具有明確目標與非常規的一次性制造任務?！耙淮涡浴笔侵窩ESP是在具有明確的開始和結束日期內完成；“非常規”意味著CESP是一次獨特的努力去做以前從未做過的事情；“客戶需求”是實施CESP的主要驅動力，并且持續影響CESP實施的全過程；“明確目標”是指實施CESP的主要目的是制造能夠滿足客戶需求的產品或進行產品再制造。所以，每一個產品對應一個新的項目，由專門從事設計、制造和服務的大型裝備制造企業提供。

2.2 復雜機電系統項目目標體系構建

對于一般項目而言，進度、成本和質量固然是三大核心目標。然而，在CESP背景下，除了傳統的進度、成本和質量外，項目經理還必須確保遵守所有安全要求和安全程序。因此，還必須建立另外一個目標：安全，以反映確保滿足許多重要的健康和安全要求。換言之，安全應被視為與進度、成本和質量同樣重要或更重要的第四大目標(標準)，因為無論是在產品設計、制造、裝配、調試或運營過程中，安全必須是最重要的標準，具有“一票否決”的權力。任何安全性的降低都可能會導致災難、死亡，甚至還可能會在“一夜之間”摧毀一個項目或一個企業。即使最終產品的成本可能會超過預算，或者可能會延遲投入使用，或者可能不得不犧牲某些方面的質量要求(如舒適性)，但在任何情況下都不能損害安全性。實際上，無論是CESP還是一般機電產品制造項目，都必須建立安全標準，而且持續監控是安全政策的基本要素。換言之，CESP的進度、成本、質量三大目標必須以安全性為前提，而后形成“鐵三角”約束關系。所以，CESP的目標主要包括四大方面，如果按照重要性順序列出四大目標，則順序將是安全(Safety)、質量(Quality)、進度(Schedule)和成本(Cost)，可以簡稱為SQSC目標。基于此，本文將CESP目標定義為“3目標1標準”，即進度、成本、質量三大目標和安全性標準，可以用“鉆石”圖形表示，如圖2所示。

圖2 CESP的“3目標1標準”鉆石模型

從通用的項目管理的角度來說，安全屬于事業環境因素，一般在項目風險管理中進行識別和管控[15]，并且安全通常是法律法規要求并且載于工作中的健康與安全法規的一個因素[16]。而進度、成本和質量是可以由項目經理直接負責管控，以適應項目不斷變化的要求和環境。正如任何項目經理所知，可以通過增加資源(成本)來減少持續時間(進度)，甚至可以通過降低質量等級或較少某些不太重要的性能要求(如舒適性)來節省成本，但在任何情況下都不能危及安全。此外，除了安全、質量、進度和成本目標外，有時候管理一個CESP還需要添加其他更多的目標，如技術、環境、資源、人本等。然而，進度、成本和質量三大目標是經典的解釋，它們強調了項目管理的“主干”——既沒有增加，也沒有減少，并且考慮其他因素的模型都是在三大目標基礎上建立的。因此，本文主要從進度、成本和質量三個方面探討復雜機電系統制造過程項目化管理目標體系的構建；同時將安全目標作為三大目標必須遵守的一項標準，即CESP三大目標需要根據各自的特點和要求來確立，但無論如何都必須以安全為標準。

2.3 復雜機電系統項目三大目標的確立

1) 進度目標的確立。進度目標規定了完成CESP所需的時間范圍。它定義了CESP是一個以開始和結束為前提的臨時性工作。具體而言，它包括兩層含義：其一，為完成單項制造活動的臨時性工作；其二，為完成所有制造活動的總的臨時性工作(并非是所有制造活動的累加和)。臨時性意味著CESP具有明確的開始和結束日期。換言之，CESP的每一項活動都有明確的截止日期。它指出了客戶希望開始獲得可交付成果的收益日期，是項目進度目標的一個最重要的日期。

2) 成本目標的確立。成本目標規定了完成CESP所需的預算或費用總額。它定義了CESP是一個為生產高價值產品的一次性制造任務?！案邇r值”一方面體現在它是通過B2B形式獲得的資本貨物[17]，其單位成本遠遠高于一般商品；另一方面體現在它通常需要巨大投資，持久的努力，旨在創造社會的長期價值。這種價值不僅包括增加收入，節約成本，縮短進度和提高質量，它還涉及提高企業競爭力，培養人才，提高客戶/供應商/分包商/員工的滿意度，以及積極參與項目的相關方的長期利益。所以，CESP成本目標需要項目參與者通過共同開展活動來創造價值，并通過協調單個參與者的目標，為項目成果創建一個明確的戰略愿景[18]，從而創造價值。

3) 質量目標的確立。對于CESP而言，項目質量最重要的是滿足(或超出)客戶需求和期望，并符合系統設計和規范。項目團隊應該事先識別、理解客戶的需求和期望，如果客戶提供看似不切實際的質量要求或規格，應該與客戶一起審核并更改它們，以便切實實現所需的最終結果。所以在確立CESP質量目標時要考慮到明確的和暗含的需求：明確的需求是與客戶在合同(技術協議)中約定的最終產品必須要達到的技術參數；暗含的需求則是產品或服務應該具備的最基本特性，如功能要求、安全性、可靠性、適用性等要求。

由上述分析可以得出：進度目標體現了CESP與一般制造活動(非項目)的根本區別；成本目標體現了CESP與一般制造項目的主要區別；質量目標體現了CESP與其他設備制造項目，特別是同類設備制造項目的重要區別，如表2所示。

表2 CESP三大目標的定義及區別對象

3 復雜機電系統項目三大目標統籌管理分析

3.1 復雜機電系統項目三大目標權衡關系

CESP的管理是一個連續的過程，一切都必須在進度、成本和質量剛性約束界限內完成。如果預期質量更好，則必須沿進度和成本軸進行折衷，從而改變三角形的形狀。在無法精確優化的情況下，需要在三個成功因素之間進行權衡。權衡關系并不是線性的，必須從多個視角進行討論。為了簡明地說明問題，本文繪制“鐵三角”內CESP進度、成本和質量的權衡關系，如圖3所示。

圖3 進度、成本和質量的權衡關系

總體而言，范圍要求確定了項目邊界，必須在該邊界內實現權衡。進度、成本和質量的不同組合構成了立方體的8個頂點(a～h)，其中e點是無作為狀態，沒有質量要求，沒有進度安排，沒有預算成本，所以它不能成為組織追求的目標。a點表示滿足所有質量要求，而不需要投入時間或成本的極端情況。這在任何實際環境中，都是不切實際的極端情況。然而，它卻是項目發起人最希望的點。相比之下，c點為質量、成本和進度提供了最大可能，如果允許盡可能長的時間，并分配盡可能多的預算，就可以滿足最高的質量，即c點為三大目標權衡的理想點。然而，在實際情況中，這是不切實際的期望。因為，任何一個組織都無法獲取執行項目所需的一切資源。但是，它卻是項目執行者最希望的點。所以，為了盡可能靠近理想點，就需要在三大目標之間進行權衡和取舍，以達到較為滿意的解，如圖3中示例的最優點i。實際上，任何一個項目都是獨一無二的，它們要求不同的資源，而又不得不在進度、成本和質量的嚴格約束下執行。成功或失敗很大程度上取決于管理者能否在質量、成本和進度之間識別重心的細微變化，并解決它們之間發生的持續明顯的沖突。當成本成為管理重心時，如果過分強調進度可能帶來致命的缺陷，反之亦然。當必須滿足質量要求以適應現實要求時，優秀的項目經理將通過適當的控制策略，以進度、成本和質量的平衡為目標，并盡力保持管理的靈活性，以便在出現新情況時能夠適應新情況。

3.2 復雜機電系統項目三大目標統籌管理模型

CESP目標具有的多要素性，決定了在實現總目標時，需要統籌兼顧各個目標要素之間的相互影響。從數學意義上來講，這是一個多目標決策優化問題，需要運用多目標決策理論來解決。為了構建CESP三大目標統籌管理模型，需要定義有關變量，如表3所示。

表3 模型參數定義

據此，構建CESP三大目標優化模型，其中目標函數如式(1)～式(3)：

(1)

MinT= ∑ij∈P∑k∈Mij(ESijk+dijk)xijk

(2)

MinC= ∑ij∈A∑k∈Mij(DCijk+ICijk+TCijk)xijk

(3)

約束條件如式(4)～式(11)所示：.

∑k∈Mijxijk= 1,ij∈A

(4)

ESj-ESi≥∑k∈MijESijkxijk= 1,ij∈A

(5)

∑k∈MijAQRijkxijk≥QRminij,ij∈A

(6)

∑ij∈A∑k∈Mij(DCijk+ICijk+TCijk)xijk≤Cmax

(7)

ESn+dn≤Tmax

(8)

ES1=0

(9)

di≥0,i∈V

(10)

xijk={0,1},ij∈A,k∈Mij

(11)

目標函數式(1)表示最大化CESP的整體質量；目標函數式(2)和式(3)分別表示最小化CESP的總進度和成本。約束式(4)確保為每項活動分配一種執行模式；約束式(5)保留項目活動之間的優先關系；約束式(6)要求每項活動的實際質量完成值滿足最低質量水平；約束式(7)定義了CESP的成本閾值；約束式(8)定義了CESP截止日期；約束式(9)強制活動不早于時間零開始；約束式(10)確保每項活動持續時間為非負數；約束式(11)是二進制符號，當活動ij按照模式k執行時為1，否則為0。

3.3 復雜機電系統項目三大目標統籌管理策略

CESP制造過程統籌管理是一項復雜的系統化工程，落實到三大目標的統籌過程中，必須要考慮目標縱向的集成控制與橫向的協調關系[19]。CESP目標的縱向集成是一個由抽象到具體的過程，是自上而下逐層分解來完成的，具有一定的層次性，可以將CESP目標描述為一個系統化的層次結構。最高層是總體目標，指明項目擬解決問題總的期望和結果，是對項目總體概念的確定。它一般由投資人或客戶，以及項目高層管理者在項目立項階段提出，具有模糊性和不可控性；其下層是子系統目標，由系統目標的分解得到，一般在規劃階段根據CESP的工作分解結構或邊界條件對系統目標的約束進行確定；再下層是技術目標，是對系統目標的進一步解釋和具體化，包括進度目標、成本目標和質量目標；最下層是具體目標，或稱為可執行目標，這些目標在項目執行過程中逐步細化，具有確定性和可測量性；最后是在驗收階段，根據目標管理計劃對所有目標的實現結果進行檢驗和評估。

CESP目標的橫向協調則是以各層目標的實現為依據，將具體目標重點落實到進度、成本和質量三大目標要素中，據此開展相關的計劃、組織、指揮、控制和協調等管理工作。具體來講，包括以下兩個主要層面：第一，子系統目標間的橫向協調。將CESP總目標分解到子系統、組件對應的子項目、次級子項目以后，由于各子項目的啟動時間不同，項目進度不同，項目成本不同，所要求的質量標準也不同。所以，在組織資源有限的情況下，需要對各個子目標進行優選排序和資源優化配置，這是有效地控制項目總體目標的關鍵。第二，三大目標間的橫向協調。在專項目標管理上，雖然三大目標要素在具體控制內容上無直接關系，但處于同一項目階段中的各目標控制過程和結果卻會相互影響。所以，項目經理要與職能經理密切配合，進行組織、人員和資源的協調，最終權衡好三大目標要素(即進度、成本和質量)之間的協同關系，以實現目標協同管理與優化。

4 結論

1) 明確定義的進度、成本和質量目標是區別CESP與其他設備制造項目，特別是同類設備制造項目的重要標準，它們共同決定了CESP能否成功，是實施項目化管理的關鍵過程。

2) CESP的三大目標是高度相關且相互矛盾，它們相互依存，相互影響，形成辯證統一的關系。CESP的管理是一個連續的過程，一切都必須在進度、成本和質量剛性約束界限內完成。

3) CESP三大目標統籌管理是一個多目標優化決策問題，需要綜合考慮目標縱向的集成控制與橫向的協調關系：縱向以CESP的生命周期為主線進行全過程集成管理控制；橫向以CESP的各層目標的實現為依據，圍繞進度、成本和質量三大目標，開展相關的計劃、組織、指揮、控制和協調等管理工作，以實現三大目標的均衡。