автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Разработка метода календарно-сетевого планирования научно-исследовательского проекта с учетом неопределенности

На правах рукописи

У

Скибин Антон Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА КАЛЕНДАРНО-СЕТЕВОГО ПЛАНИРОВАНИЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ПРОЕКТА С УЧЕТОМ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ

Специальность 05 13.10 - Управление в социальных и экономических системах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тверь 2006

Работа выполнена в Институте проблем управления им. В.А. Трапезникова, Российской Академии Наук.

Научный руководитель -

Доктор технических наук, профессор Бурков Владимир Николаевич

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Кузнецов В.Н.

Кандидат физико-математических наук Савилкин С.Б.

Ведущая организация -

Межведомственный Суперкомпьютерный Центр РАН, г. Москва.

Защита диссертации состоится «14» апреля 2006 года в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.262 04 при Тверском государственном техническом университете по адресу: 170026. г. Тверь, наб. Аф. Никитина. 22 (11-212).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного технического университета.

Автореферат разослан «(д* » 2006 года.

Ученый секретарь

Жгутов А В.

проса

Ц 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В последние десятилетия в научной среде и промышленности России, происходят коренные изменения структуры управления научно-техническим развитием, вызванные переходом к новым условиям экономической жизни. Такие изменения сопровождаются беспрецедентным спадом в объемах финансирования научно-исследовательских работ, повышением требований к оценке практической применимости результатов исследований, эффективности использования ресурсов и сокращением сроков внедрения конкретных продуктов в производстве.

В сложившихся условиях развития промышленности все большее значение приобретает необходимость четкого определения целевого результата научно-исследовательской работы, более точного определения момента достижения этого результата, сокращения сроков и ресурсных затрат на достижение результата. Перечисленные свойства выделяются в теории управления проектами как ключевые характерные особенности проекта, что дает предпосылки, для применения проектного подхода в сфере научных исследований.

Для научно-исследовательских проектов характерны высокая степень новизны, уникальность выполнения отдельных операций, ведущие к сложности определения объемов и сроков выполнения работ на этапе планирования. Отсутствие статистических данных, проблематичность проведения экспертной оценки продолжительности выполнения уникальных научно-исследовательских работ чрезмерно усложняют задачу определения временных и ресурсных затраты с требуемой точностью. Кроме того, значимость творческого потенциала участников проекта усложняет оценку их вклада, что сказывается на определении продолжительности отдельных работ. Построение календарно-сетевого графика научно-исследовательского проекта требует значительных затрат времени и является ресурсоемким процессом.

Сложность решения задачи планирования научно-исследовательского проекта вызвана высокой степенью неопределенности относительно продолжительности выполнения отдельных работ проекта, требующей модернизации традиционных методов календарно-сетевого планирования.

Таким образом, актуальной представляется задача модернизации существующих методов календарно-сетевого планирования научно-исследовательских проектов, разработки эффективных алгоритмов оценки ]пэд^л |^|^льности работ с учетом факторов неопределенности. I БИБЛИО К А

!о^' -Ж

Целью диссертационного исследования является повышение эффективности управления научно-техническим развитием, путем совершенствования методов планирования научно-исследовательской деятельности, на основе модернизации методов управления проектами с учетом неопределенности

Научной задачей, решаемой в диссертации, является разработка модифицированного метода оптимизации календарного графика научно-исследовательского проекта с учетом неопределенности, выработка эффективного алгоритма для его реализации и методики применения в управлении проектом.

Для достижения поставленной цели, в диссертации поставлены следующие научные вопросы:

1. Выявление источников неопределенности относительно продолжительности работ в научно-исследовательских проектах.

2. Определение наиболее перспективных направлений исследований в области календарно-сетевого планирования с учетом неопределенности.

3. Выбор и модификация метода календарно-сетевого планирования, позволяющего учесть неопределенность относительно продолжительности выполнения работ.

4. Упрощение задачи календарно-сетевого планирования, на основе построения агрегированной модели проекта с учетом резервов времени.

5. Описание, постановка и формализация задачи оптимизации календарного графика проекта относительно стоимости.

6. Описание алгоритма решения поставленной задачи на базе модификации алгоритма метода дихотомического программирования.

7 Выбор базового программного обеспечения и описание его применимости для обеспечения процессов, реализующих предложенный алгоритм.

Объектами исследования являются научно-исследовательские работы в рамках жизненного цикла продукции, реализуемые на основе методологии управления проектами, процессы планирования и управления научно-исследовательским проектом.

Предметом исследования является совокупность методов, алгоритмов и инструментов планирования и управления научно-исследовательским проектом на основе использования метода построения календарного графика с учетом неопределенности относительно продолжительности работ и принципа агрегирования информации.

Теоретической и методологической базой исследования являются теория управления проектами, теория календарно-се^вого планирования, теория активных систем, теория графов, дихотомическое программирование

На защиту выносятся-

1. Перечень источников неопределенности относительно продолжительности выполнения работ научно-исследовательского проекта (НИП).

2. Модифицированный метод оптимизации календарно-сетевого графика научно-исследовательского проекта с учетом неопределенности относительно продолжительности работ.

3. Математическая постановка задачи оптимизации календарного графика НИП относительно стоимости, на основе агрегированной модели проекта с учетом резервов времени.

4 Алгоритм решения задачи оптимизации календарного графика НИП относительно стоимости, на основе агрегированной модели проекта с учетом резервов времени.

5. Методика планирования и контроля реализации научно-исследовательского проекта в условиях неопределенное!и относительно продолжительности работ

6 Прикладная методика применения существующе1 о программного обеспечения для реализация предложенного метода решения задачи оптимизации календарного графика НИП.

Научная новизна результатов исследования. Новизной обладают разработанные автором метод календарно-сетевого планирования, позволяющий учесть неопределенность относительно продолжительности выполнения работ, алгоритм решения задачи оптимизации календарного графика НИП относительно стоимости, на основе агрегированной модели проекта с учетом резервов времени

Практическая значимость. Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что разработанные метод, алгоритм и методика позволяют обеспечить эффективность и реализуемость календарно-сетевого планирования НИП для предприятий разного масштаба. Применение предложенного комплекса методических и технических решений позволит сократить сроки разработки, снизить затраты и повысить качество календарных графиков НИП Разработанные метод, методика и техноло1ия прошли практическую апробацию на ряде предприятий Использование выполненных разрабоюк дало значительный экономический эффект

Апробация результатов исследования Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах ИПУ

РАН, международной конференции «Авиация и космонавтика - 2005» (Москва, МАИ, 2005), научно-технической конференции «Исследования и передовые разработки в авиационной промышленности» (Москва, ОАО «ОКБ Сухого», 2005), международной научно-технической конференции «Авиадвигатели XXI века» (Москва, ЦИАМ, 2005).

Апробация результатов работы, моделей и методов была проведена в результате внедрения предложенной методики в ОАО «Русская Платежная Система «РПСл

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 5 научных работах общим объемом более 1го печатного листа.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографического списка. Работа изложена на 81 листе, содержит 36 рисунков, 4 таблицы

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность рассматриваемой тематики, определена

цель проведения исследования, сформулированы задачи работы, раскрыта научная новизна и практическая значимость работы, названы методы исследований, а также перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведено описание ключевых аспектов научно-исследовательской деятельности, выявлено место научно-исследовательских работ в жизненном цикле продукции На основе описанной методологии управления проектами (УП), отмечена возможность и целесообразность применения методов теории УП при управлении научно-исследовательской деятельностью

Научно-исследовательский проект определяется как ограниченный во времени целенаправленный процесс создания, развития и внедрения нового знания или технологии с установленными требованиями к качеству результатов, возможными рамками расхода средств и ресурсов. Для проведения последующего исследования специфики планирования НИП проводится анализ признаков и типичных характеристик проекта с целью определения источников неопределенности в НИП.

С целью определения возможных направлений исследования приводится обзор и анализ основных положений теории управления проектами в области календарно-сетевого планирования Сделан вывод о возможности применения методов теории графов для построения и оптимизации сетевого графика проекта

Отмечена высокая степень неопределенности при прогнозировании продолжительности отдельных работ на этапе планирования проекта и формировании календарного графика, вызванная:

• сложностью определения объемов новых уникальных работ, ввиду отсутствия статистической информации,

• низкой точностью предположений относительно продолжительности выполнения операций, ввиду сложности оценки кадрового потенциала,

• сознательным завышением экспертной оценки сроков выполнения отдельных операций с целью обеспечения запаса времени;

• возможными затратами времени на повторное выполнение операций с целью достижения требуемого качества результатов;

• наличием «каскадного эффекта», ведущего к накоплению задержек и невозможности использования выигрыша от раннего завершения последовательно запланированных работ.

Рассмотрено состояние вопроса управления проектами с учетом неопределенности относительно продолжительности рабо1, на основе акгуапьной зарубежной и отечественной литературы Приводится обзор существующих направлений исследований в данной области Выделенные направления служат основой для проведения классификации методов календарно-сетевого планирования с учетом неопределенности относительно продолжительности работ. Перечислены следующие распространенные подходы-

• Стохастические методы, основанные на построении вероятностных характеристик работ проекта, содержащих условные вероятности. Отмечена чрезмерная сложность получения аналитических выражений для определения вероятностных характеристик событий проекта . Наибольшее применение получили методы, основанные на имитационном моделировании, реализованные в современных программных комплексах управления проектами;

• Исследование стохастических сетевых моделей, являющихся средством отражения как широкого спектра связей между работами и событиями, так и многоальтернативного характера ветвящихся направлений реализации проекта Стохастическая сетевая модель о I ображает процесс разработки плана проекта с множеством исходов для прогнозирования развития отдетьных направлений с оценкой вероятности каждого направления и времени его реализации.

• Использование сущностей теории нечетких множеств при оценке продолжительность отдельных работ экспертами В терминах нечеткой

неопределенности возможно построение аналитических выражений для параметров наступления событий в проекте.

• Подход, основанный на условном календарном планировании предусматривает формирование нескольких базовых планов (или их фрагментов) до и/или во время выполнения проекта для того, чтобы они оптимально соответствовали изменению ситуации в случае воздействий неблагоприятного характера.

• Методы избыточного (robust) календарного планирования основаны на исследовании надежности календарного плана проекта - свойства сохранения основных параметров проекта внутри заданной допустимой области Выделен метод повышения надежности графика проекта путем введения избыточного времени на завершение или повторное выполнение комплекса работ (буфера) Отмечается, что в предложенном методе повышение надежности проекта осуществляется за счет повышения затрат Для определения оптимального соотношения между надежностью и затратами на этапе планирования должна быть сформулирована и решена соответствующая оптимизационная задача

При решении задачи определения оптимального соотношения между надежностью и затратами, в работе предлагается использовать подход к оптимизации календарного графика на основе агрегированной модели проекта. В агрегированной модели проекта комплексы работ представляются в виде комплекса с меньшим числом операций. описываемых небольшим набором параметров. Отличи 1ельной особенностью агрегированной модели, повышающей эффективность решения задачи оптимизации, является сокращение числа операций.

Сделан вывод о целесообразности разработки метода календарного планирования с учетом неопределенности относительно продолжительности работ на основе модификации метода введения избыточного времени на выполнение работ и использовании агрегированной модели проекта для решения задачи оптимизации.

Вторая глава посвящена модификации метода введения избыточного времени (буферов) на выполнение работ, построению агрегированной модели проекта с учетом буферов, разработке алгоритма, реализующего метод.

Отмечается, что неопределенность, относительно продолжительности операции г, учитывается менеджером проекта (или исполнителем конкретной операции) при выборе оценки продолжительности работы - t,. Продолжительность операции может быть задана одним из следующих способов:

• вероятностная оценка: продолжительность операции /, определяется значением функции распределения, при заданном значении вероятности;

• задана интервальная оценка неопределенности, относительно продолжительности операции: е

• имеется нечеткая информация, относительно продолжительности:

где (г,).9?-»[0,1] - функция принадлежности нечеткой продолжительности операции.

При выборе одной из описанных оценок каждая операция содержит резерв времени для ее выполнения 8, , который позволяет соблюдать

запланированную дату окончания работы, даже при задержке выполнения.

В работе предлагается ввести избыточное время на выполнение комплекса операций путем отделения резервов, заложенных в отдельных работах комплекса и сбора (агрегирования) их в буферах двух типов, представляющих собой «пустые» операции, не предполагающих выполнение каких-либо работ, и размещенных в следующих местах на графике проекта:

• Буфер проекта (БП) - размещается после последней операции критического пути, и имеет продолжительность =Л£Л(5,),Уг":Д, =0 Продолжительность БП равна агрегированной оценке продолжительности резервов работ, лежащих на критическом пути проекта.

• Обеспечивающие буферы (ОБ) - размещается после последовательности некритических работ, непосредственно примыкающих к работе на критическом пути - Обеспечивающие цепочки (ОЦ) и имеет продолжительность 1т = (<?,),Уг € {ОЦк}. Продолжительность каждого

из ОБ равпа агрегированной оценке продолжительности резервов работ, составляющих обеспечивающие цепочки.

Способ и функции агрегирования резервов комплексов работ , будут определены ниже.

В ходе решения задачи календарного планирования перед менеджером проекта ставится задача построения календарного графика - определения последовательности выполнения, сроков, начала и окончания операций, с учетом ограничений ([ехнологические связи, доступность ресурсов) и неопределенности (оценка продолжительности работ).

Таким образом, перед менеджером проекта стоят задачи:

• выбора «нижней» оценки для продолжительности операций - Г';

• выбор оптимального (с точки зрения продолжительности и стоимости) способа агрегирования резервов в БП и ОБ - определение продолжительности буферов - ;

• определение планируемой даты завершения проекта с учетом неопределенности - планируемого срока завершения работ с учетом буфера проекта (отметим, что реальная продолжительность проекта может бьггь меньше, в случае неполного использования БП) - Т.

Отмечено, что при размещении буферов критический путь в графике проекта может измениться, что необходимо учесть при определении продолжительности проекта.

В ходе реализации проекта, при возникновении задержки при выполнении операции, лежащей на критическом пути, планируемые сроки завершения следующих за ней операций смещаются, за счет использования БП, не нарушая запланированной даты завершения проекта. При возникновении задержки при выполнении работы одной из ОЦ планируемые сроки завершения следующих за ней операции смещаются, за счет использования ОБ, не оказывая в таяния на планируемое начало следующей за ОБ критической операции.

Во второй главе, выполнена формализация задачи оптимизации графика проекта относительно стоимости, предложен алгоритм решения поставленной задачи.

При формализации задачи оптимизации использован метод обобщения. Для начала рассмотрен простейший случай - последовательная цепочка работ. Для определенности принята линейная зависимость стоимости выполнения работ и БП от продолжительности: 5,(г,) = а,-к,т, , где <г, < £>,,;' = 1,и ; с!1 - минимальная возможная продолжительность работы, Д - максимальная, к, - коэффициент увеличения стоимости проекта при уменьшении продолжительности ¡' -ой работы. Зафиксирована минимальная продолжительность каждой работы, т, = <1,. Доступные резервы времени агрегированы в БП, который в данном случае добавляется после завершающей работы последовательности (см. рис.1).

Рис. 1 Последовательная цепочка работ В предположении, что продолжительность БП равна х - Д0, продолжительность всего проекта Г0 определяется длиной критического пути и в данном случае совпадает

и

с суммарной продолжительностью последовательности работ и равна 2"0=^с?( + Д0

Так как были выбраны и зафиксированы минимальные значения продолжительности отдельных работ, определена линейная зависимость стоимости реализации операций,

то стоимость выполнения проекта равна ^0(Д0) = ^5'(й?,) + 5(а0)и зависит лишь от

продолжительности буфера.

Если полученный срок завершения проекта не удовлетворяй требуемому сроку (70 > Т., ), то необходимо принять меры к сокращению продолжительностей буфера проекта так, чтобы длина критического пути с учетом буфера проекта была не больше Т Сокращение продолжительности буфера проекта Д0 , естественно, потребует

увеличения затрат 5(Д0). Задача заключается в сокращении продолжительности БП таким образом, чтобы проект был реализован в требуемые сроки, при этом, дополнительные затраты были минимальными.

При общем виде сетевого графика проекта кроме БП рассматриваются комплексы последовательных операций ОЦ, при этом в стоимость проекта включаются стоимости всех ОБ. Ставится задача сокращения продолжительности БП и при необходимости ОБ|< таким образом, чтобы проект был реализован в требуемые сроки, при этом дополнительные затраты на сокращение продолжительности БП, ОБк были минимальными.

Для решения задачи определения минимальной продолжительности буферов, агрегированных из резервов работ для оптимизации проекта по стоимости предложено использовать метод Дихотомического программирования предложенной в работе И.В.Бурковой.

Алгоритм нахождения оптимальной продолжительности буферов проекта рассмотрен на примере проекта, сетевой график которого изображен на рис.2., па рис. 3 приведены значения продолжительности и стоимости реализации отдельных работ и буферов.

Рис. 2 Сетевой график проекта

Работа 0) 1 2 3 4 Б, Б, БП

Вариант - - - - 1 I 2 1 2 1 2

Длит-ть (ц) 7 4 8 б 3 2 6 4 7 5

Затрат (с,) 13 11 17 9 7 ¡17 9 19 16 20

Рис. 3. Данные по работам и буферам в примере Шаг 1. Необходимо убедиться, что сетевой график имеет агрегируемый вид. Сетевой график называется агрегируемым, если путем агрегирования последовательных и (или) параллельных множеств работ его можно свести к одной работе. Алгоритм приведения сетевого графика к агрегируемому виду приведен в работе. По агрегируемому сетевому графику, может быть построено дерево агрегирования, которое определяет дихотомическое представление функции продолжительности проекта Т(Д) такое, что вычисление значений функции сводится к последовательному вычислению значений функций двух переменных (см. рис.4). Свободными узлами дерева являются отдельные работы проекта, БП, ОБ), ОБг, остальные узлы символизируют функции суммирования и максимума двух переменных.

Шаг 2. Упростим дихотомическое представление функции продолжительности проекта Так как работы {1}, {2}, {3}, {4} имеют фиксированную продолжительность, то могут быть выполнены операции сложения для упрощения дерева (значения введенных переменных А,, Л2 приведены на рис. 5).

Работа (0 1 4 "В 1 +2 4 2 +3 БП

Вариант - - 1 2 1 2 1 2

Длит-ть 7 б 7 6 14 12 7 5

Затрат. (,с^ 13 9 18 38 26 36 16 20

Рис. 5. Упрощенное дихотомическое представление ШагЗ. Построение таблиц дихотомического представления типа дерева (см. рис. 6) производится в соответствии с процедурой, предусмотренной Методом дихотомического программирования изложенной в работе И.В.Бурковой.

Д.

Ш

18

и/ ^ 40 13 / /® м/

Ъг/ /Д2 12 / / 36 14/ /16

г, ] ' Г 1 г

7 У /м 4/ /®

г, / / 4 6 у /9

гх

Рис. 6. Алгоритм определения оптимальных продолжительностей буферов Для оценки результата применения алгоритма, рассмотрим решение, для достижения минимального уровня затрат при требуемой продолжительности проекта Г, = 19.

Шаг 4 В таблице ТА выделим ячейку со значением продолжительности 7 = 19 , соответствующую минимальной агрегированной стоимости работ проекта. В приведенном примере это ячейка 19/89, ей соответствуют значения продолжительности 14 из таблицы ЪЪ и 5 для продолжительности Буфера проекта.

Шаг 5 В таблице Z3 выделим ячейку со значением продолжительности 14, соответствующую минимальной суммарной стоимости В приведенном примере что ячейка 14/66, ей соответствуют значения продолжительности переменной Д2 = 14 и значение продолжительности 13 из таблицы Z2

Шаг 6 В таблице Z2 значению продолжительности 13, соответствует ячейка 13/40, ей соответствует значение продолжительности 7 из таблицы Z1.

Шаг 7 В таблице Z1 выделим ячейку со значением продолжительности 7, соответствующую минимальной суммарной стоимости В приведенном примере это ячейка 7/31, ей соответствует значение продолжительности переменной Д,=7.

Таким образом, для значений введенных переменных получены

следующие значения:

A,=7;S4i =18; Д2=14 ;S4j =26.

Соответственно для значений буферов Бь Бг, БП получены следующие оцепки продолжительности и соответствующих затрат-

4=3;^, =7; г*, =6;SSj =9; т, = 5;SB =20;

Продолжительность проекта при этом равна Г = г2 +гь1 +т4 +тш =4+3+6 + 5 = 18, которая меньше требуемой продолжительное ш проекта Соответствующая стоимость выполнения работ проекта с учетом неопределенности, соответственно равна.

S(a) = ]Г S(d,)+S(rsl)+ S(rn )+ S(тт ) = 50 + 7 + 9 + 20 = 86.

В третьей главе рассмотрена методика реализации групп процессов планирования, мониторинга и управления НИП с применением модифицированного метода.

Отмечается, что предложенные во второй главе модифицированный метод решения задачи оптимизации работ проекта по стоимости с учетом неопределенности относительно продолжительности работ и соответствующий алгоритм могут быть использованы в качестве механизма, по которому входы следующих процессов шинирования преобразуется в выходы:

• Оценка длительности операций;

• Разработка расписания - Календарное планирование;

• Стоимостная оценка.

Эффективным инструментом при оценке длительности операций ПИП модель агрегирования резервов продолжительности отдельных работ в буферы проекта.

Для реализации процессов разработки расписания и стоимостной оценки НИП, т е решении задачи календарно-сетевого планирования, предлагается использовать Модифицированный метод дихотомического программирования оптимизации календарного графика НИП с учетом неопределенности относительно продолжительности работ.

Модель агрегирования резервов продолжительности отдельных работ НИП в буферы, предложенная во второй главе, может быть использована в качестве основы для применения методов, по которым входы процесса мониторинга и управления работами проекта преобразуется в выходы.

Процесс мониторинга и управления работами проекта затрагивает ряд аспектов. В свете рассматриваемой в данной работе тематики выделим следующие моменты:

•. сравнение текущего хода исполнения проекта с планом управления проектом;

•. оценка хода исполнения для выявления моментов, требующих корректирующих или предупреждающих действий, после чего такие действия предписываются как необходимые;

• . предоставление информации для составления отчетов о текущем состоянии,

оценки прогресса и прогнозирования;

•. предоставление прогнозов для обновления текущих данных о затратах и расписании проекта.

Предложенный во второй главе способ агрегирования резервов времени в буферы проекта позволяет осуществлять мониторинг хода реализации проекта на основе отслеживания процента использования буфера проекта Показателем неэффективной реализации проекта и возникновения опасности увеличения общей продолжительности проекта служит показатель отношения процента использования буфера проекта к проценту выполнению работ критического пути.

Отмечается, что Метод освоенного объема может быть модифицирован для измерения эффективности реализации проекта на основе анализа использования буфера проекта, что предположительно, может упростить расчеты и сделать более эффективным применение этого метода

Целью написания четвертой главы является рассмотрение возможности применения информационных технологий поддержки приняшя решений в УП в контексте описанной выше методики реализации ряда процедур планирования, мониторинга и управления НИП с применением модифицированного метода решения задачи оптимизации расписания проекта по стоимости с учетом неопределенности относительно продолжительности работ.

В первой части главы приводятся ключевые аспекты выбора и применения программного обеспечения для управления научно-исследовательскими проектами.

На основе анализа отличительных особенностей управления научно-исследовательскими проектами, сформулированы следующие ключевые требования к Информационной системе управления научно-исследовательскими проектами (ИСУ НИП):

• Для управления НИП не требуется применение сложного инструментария управления ресурсами проекта, так как основным видом ресурсов в НИП являются члены команды проекта. Тогда как дорогостоящие профессиональные ИСУП позволяют манипулировать сложными пулами множественных взаимосвязанных ресурсов.

• В связи с высокой степенью неопределенности и наличием большого числа потенциальных рисков ПО УСУ ПИП должно содержать комплекс средств для обеспечения процессов управления рисками.

• В ходе разработки расписания НИП возникает необходимость использования современных методов календарно-сетевого планирования, отличных от МКП. Должна быть обеспечена возможность интеграции в ПО УП сторонних алгоритмов.

• При реализации НИП участники проекта являются специалистами в различных областях науки и не всегда профессионально разбираются в вопросах УП. ПО ИСУ НИП должно быть простым в освоении и общеприменительным.

После проведения анализа различных обзоров ПО ИСУП, автором были выбраны самый распространенный на данный момент программный продукт календарного планирования и управления проектами - Microsoft Office Project 2003 Professional, который отвечает всем приведенным выше требованиям и отличается невысокой ценой.

В качестве основы для реализации методики планирования, мониторинга и управления НИП на основе модифицированного метода решения задачи оптимизации

расписания проекта по стоимости с учетом неопределенности относительно продолжительности работ был выбран продукт ССРМ+ компании Advanced Projects, Inc , являющийся интегрируемой настройкой для Microsoft Office Project. Отмечено, что при создании единого информационного пространства НИП для территориально распределенных групп участников может быть использовании ПО Microsoft Office Project 2003 Server, позволяющих организовать взаимодействие с использованием сети Интернет.

Вторая часть главы позволит продемонстрировать возможность применения существующих программных средств по управлению проектами для автоматизации ряда процессов планирования, мониторинга и управления НИП Рассмотрена последовательность этапов реализации предложенной методики с применением ПО ИСУНИП.

Для оценки продолжительности операций НИП средства ПО Microsoft Office Project 2003 позволяют организовать совместную работу нескольких членов команды проекта с файлом проекта.

Менеджер проекта, с помощью инструментов надстройки ССРМ+ может реализовать выбор оценок для продолжительностей операций.

Рис. 7 Менеджер проекта определяет нижние оценки продолжительности операций Средства ССРМ+ позволяют задавать нижние оценки продолжительности как вручную для отдельных работ, так и вычислять их на основе указанной кривой распределения вероятности. Также Менеджер проекта может указать способ расчета плановой продолжительности буферов проекта.

Рис 8 Способы автоматизированного расчета нижних оценок продолжительности После определения нижних оценок продолжительности операций, выбора способов расчета оценок продолжительности операций и буферов, Менеджер проекта, реализуя процессы разработки расписания и стоимостной оценки, средствами ССРМ+ генерирует сетевой график проекта с агрегированными буферами резервов времени двух типов: буфер проекта (Project buffer), обеспечивающие буферы (Feeding buffer).

<^^дяmgranipiy IUIJ ^мм ширииииирирдщ^иииириииивдиии^^ми^ w w ........................

. ..А. , ^ Xfr - - A ^'^'.^-VSS.--.^;.';

Е Наумно-исспвдоват*льскмй провю 6 me?

Разработка Тз не Й11Р 'о,5 то

Выбор направлений исследования 0.5 то Твореп«вс1£ие исследования э mai

/Экспериментальное исследования 1,5 то Feeding buffer ° * 20 d'

OSoCmfiwMS и оценке результатов ^ ~ 0,5 то Protect DulTer " _ 45 d

Сдам а результатов првгга 0 ran;

Рис. 9. Генерация сетевого расписания проекта с агрегированными буферами Полученные с помощью алгоритма модифицированною метода оптимальные значения продолжительности буферов вносятся в расписание проекта.

В рамках группы процессов мониторинга и управления НИИ ПО Microsoft Office Project 2003 Professional позволяет обеспечить автоматизацию ключевых процессов мониторинга проекта, включая сбор, измерение и распространение информации об эффективности, оценку измерений и тенденций для внесения улучшений в процессы.

Учет данных о фактическом выполнении работ проекта может производиться как в автоматическом режиме, так и при ручном вводе данных по отдельным работам:

Рис. Ю. Функция автоматического обновления прогресса

Рис. 11. Ручной ввод фактических данных по выполнению операции В ходе реализации работ проекта возникает необходимость сравнения текущего хода исполнения проекта с планом управления проектом. Возможны различные отклонения в сроках выполнения работ. Если возникла ситуация, при которой смещается дата фактического начала выполнения операции, не лежащей на критическом пути, то смещение последующих связанных с ней операций потребует использования времени обеспечивающего буфера, однако, не приведет к смещению сроков критических работ.

" ¡цп^лкчжл«»*»^* л|п>*«1 эьи

РздивтаТЗиаНЙР" * ^ 0201 6201

Выеорнзпрзалвкий исятедаюния 1« 01 23 01

Теорепмесгие исследования 01 ~ 1ЧА

ЭипврвиенГ*пьмы» ис^лвдсиания 30 01 НА

Ге^мвдаГГ»,," " 1303. «Й

ОМ1щ0НИвИОЦеН№рга¥ПИ8ТС№ 10 04 НА

РгцвйЬиЛег ^ ,. 24.04 МА

Сдам» ритвтго» щкга ' ' "М*

Рис. 12. Отклонение сроков выполнения работ обеспечивающей цепочки приводит к смещению последующих работ за счет обеспечивающего буфера

В случае незначительного отклонения сроков выполнения работ, лежащих на

критическом пути, смещения плановой даты завершения проекта не произойдет

Задержка в выполнении критической работы будет смягчена за счет использования

времени буфера проекта.

¡1^ ■ э. » ■ А*»X

яучно-яганАйЮгеткяаФ про*ю 1 *ШИ

Разработкатз «а НИР •,02.01 02,01

_ еим^мпцмложхмеломания > <«<11 И01

Теиеепкипю йссредгаамя _ • ; теш '-' !в 0

Эгсперененгальиые и::педований * '50 01 05 ОД

оеоВдаие » ртяз ввтрътат рк>1«йьшт«г

Сдача цюуйктто» тсита

Рис. 13 Отклонение сроков выполнения критических работ Одним из доступных в ССРМ+ отчетов является график использования буфера проекта, который наглядно позволяет оценить прогресс выполнения проекта. График представляет зависимость процента выполнения всех работ проекта от процента использования буфера проекта. На графике выделены три условные области' красная -«требуется незамедлительное принятие мер для предотвращения срыва срока завершения проекта», желтая - «требуется принятие мер по корректировки календарного плана с учетом фактического состояния работ» и зелепая - «реализация проекта осуществляется без значимых отклонения от плана». Кривая отражающая зависимость процента выполнения от процента использования буфера находится в каждый момент времени в одной из этих областей и служит индикатором для принятия управленческих решений.

Рис. 34. График зависимости процента выполнения работ проекта о г процента использования буфера проекта

Значимое отклонение сроков выполнения работ, лежащих на критическом пути, может привести к ситуации, когда для завершения этой операции буфер проекта будет использован в большем объеме, чем было заложено при оценке продолжительности буфера В этой ситуации значение отношения процента выполнения к проценту использования буфера окажется в красной области.

В критическом случае размера буфера проекта будет недостаточно для защиты запланированной даты завершения проекта, что приведет к срыву сроков реализации проекта.

Рис. 36. Перерасход резерва времени буфера проекта

В Заключении перечислены основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Выполнен анализ особенностей научно-исследовательской деятельности в условиях изменения структуры управления научно-техническим развитием, вызванных переходом к новым условиям экономической жизни. Выявлены характерные особенности научно-исследовательских проектов, идентифицированы источники неопределенности относительно продолжительности работ в НИИ.

Разработана концептуальная модель проекта с учетом неопределенности на основе агрегирования резервов времени в буферы двух типов: буфер проекта, защищающий работы критического пути и обеспечивающие буферы, защищающие цепочки некритических работ.

Предложен модифицированный метод решения задачи оптимизации графика работ проекта по стоимости, позволяющий учесть неопределенность относительно продолжительности выполнения операций.

Разработан формализованный алгоритм решения прикладной задачи оптимизации календарною графика НИП, на основе предложенного модифицированного метода дихотомического программирования.

Формализована методики реализации групп процессов планирования, мопиториша и управления научно-исследовательским проектом с применением модифицированного метода.

Проведен анализ ключевых аспектов выбора и применения программного обеспечения для реализации ряда процессов управления научно-исследовательскими проектами.

Предложен вариант применения существующих программных средств для обеспечения автоматизации ряда процессов планирования, мониторинга и управления научно-исследовательским проектом.

Разработанные метод, методика и технология прошли практическую апробацию на ряде предприятий. Результаты внедрения полученных решений на предприятиях отрасли показали значительный экономический эффект.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Скибин A.B. Факторы неопределенности в научно-исследовательских проектах // Прогнозирование, экопомика, конкурентоспособность авиационной техники / Тез докл. 4-й междунар. конф. «Авиация и космонавтика - 2005». - М.' Изд-во МАИ, 2005. - С. 35-36.

2. Скибин A.B. Календарное планирование на начальных этапах жизненного цикла продукции // Экономика, управление предприятием, проектами и персоналом в авиационной отрасли / Стат и мат. 3-й науч.-техн. конф «Исследования и передовые разработки в авиационной промышленности». - М.: ОАО «ОКБ Сухого», 2005. - С. 476-478.

3 Скибин A.B. Календарное планирование научно-исследовательского проекта с учетом неопределенности // Управление, Экономика, кооперация / Тез. докл. 2-й междунар. науч.-техн. конф. «Авиадвигатели XXI века» - М.: ЦИАМ, 2005. -С. 331-333.

4. Скибин A.B. Метод календарного планирования с учетом неопределенности относительно продолжительности работ // Международный журнал «Программные продукты и системы». - 2005. №4.

5 Направления исследований в области календарного планирования с учетом неопределенности. Обзор // Международный журнал «Программные продукты и системы». - 2006. №1.

к исполнению 07/03/2006 Исполнено 07/03/2006

Заказ № 134 Тираж 100 экз.

ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 Москва, Варшавское ш, 36 (495) 975-78-56 (495) 747-64-70 www autoreferat.ru

- 4 8 S 9

2006fr 4ВЗЭ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. УПРАВЛЕНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТАМИ.

1.1. Научно-исследовательская деятельность.

Жизненный цикл продукции.

Стадия научно-исследовательских работ.

Оценка результатов НИР.

1.2. Понятие научно-исследовательского проекта. Планирование и управление НИР на основе проектного подхода.

Подходы к управлению НИР.

Научно-исследовательские проекты.

Методологические основы управления проектами.

1.3. Понятие неопределенности в проектах.

1.4. Классификация существующих подходов к управлению проектами с учетом неопределенности.

1.5. Агрегированные модели проектов в календарном планировании.:.

1.6. Постановка задачи исследования

В последние десятилетия в научной среде и промышленности России происходит коренное изменение структуры управления научно-техническим развитием, вызванное переходом к новым условиям экономической жизни. Такие изменения сопровождаются беспрецедентным спадом в объемах финансирования научно-исследовательских работ (НИР), повышением требований к оценке практической применимости результатов исследований, эффективности использования ресурсов и сокращением сроков внедрения конкретных продуктов в производстве.

Для эффективной реализации и планомерного развития научно-исследовательской деятельности на предприятиях и в научных центрах требуется повышение уровня финансирования и материально технического обеспечения исследовательских групп. Особое внимание так же должно быть уделено внедрению в процесс управления НИР современных достижений науки и практики управления. В частности могут быть отмечены исследования, выполняемые в области теории управления проектами В.Н.Бурковым, Д.А.Новиковым, В.И.Воропаевым, Д.И.Голенко-Гинзбургом, И.И.Мазуром, В.Д.Шапиро и др.; в рамках теории активных систем В.Н.Бурковым, А.К.Еналеевым, В.В.Кондратьевым, Д.А.Новиковым, А. В. Щепкиным и др.; в сфере оценки результатов и эффективности научных исследований Ю.Б. Татариновым и др.

В сложившихся условиях развития промышленности все большее значение приобретает необходимость четкого определения целевого результата научно-исследовательской работы, более точного установления момента достижения этого результата, сокращения сроков и ресурсных затрат на достижение результата. Перечисленные свойства выделяются в теории управления проектами как ключевые характерные особенности проекта, что дает предпосылки для рассмотрения возможности применения проектного подхода в сфере научных исследований. В связи с этим последние годы все чаще на смену процессному подходу в области научно-исследовательской деятельности приходит проектный подход и термин «управление научно-исследовательским проектом».

В соответствии с определением, предложенным В.Н.Бурковым, Д.А. Новиковым [5], под проектом понимается ограниченное во времени целенаправленное изменение отдельной системы с установленными требованиями к качеству результатов, возможными рамками расхода средств и ресурсов и специфической организацией. Понятие научно-исследовательского проекта будет определено далее в первой главе данной работы.

В актуальной российской литературе по управлению проектами выделяют [18] четыре обширных раздела управления проектами:

• календарно-сетевое планирование и управление - оптимизация расписания проекта на основе методов теории графов [4, 8, 11];

• аспекты методологии УП - существующие подходы и систематизация опыта по УП [9,24,32];

• методы (процедуры) управления проектами - разработка и анализ математических моделей проектов [1, 5, 10, 16, 18]; выработка оптимальных механизмов управления с применением теории игр [14];

• реализация алгоритмов, автоматизация процессов в управлении проектами [10,24].

Рассмотренная в настоящей диссертационной работе проблематика, охватывает круг вопросов, относящийся, в основном, к первому разделу. Раскрыт ряд вопросов методологии управления проектами, применительно к научно-исследовательским проектам. В четвертой главе диссертации рассмотрены некоторые средства автоматизации ряда процессов управления проектами для научно-исследовательских проектов.

Как отмечено в работе, управление научно-исследовательскими проектами связано с высокой степенью неопределенности и сложностью применения традиционных методов планирования и контроля. Для таких проектов характерна высокая степень новизны и уникальности выполняемых работ, которая не позволяет точно определить временные и ресурсные затраты. Кроме того, значимость творческого потенциала участников усложняет оценку их вклада, что сказывается на определении продолжительности отдельных работ.

Таким образом, актуальной представляется задача модернизации существующих методов календарно-сетевого планирования научно-исследовательских проектов, разработки эффективных алгоритмов оценки продолжительности работ с учетом факторов неопределенности.

Учитывая особенности научно-исследовательской деятельности, целью диссертационного исследования является повышение эффективности управления научно-техническим развитием, путем совершенствования методов планирования научно-исследовательской деятельности, на основе модернизации методов управления проектами с учетом неопределенности и принципа агрегирования информации. Для достижения этой цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

• Рассмотрение методологических основ применения теории управления проектами в управлении научно-исследовательской деятельностью.

• Анализ и оценка специфики планирования и управления научно-исследовательским проектом, связанной с высокой степенью неопределенности.

• Анализ и оценка подходов к управлению проектами с учетом неопределенности.

• Разработка метода и алгоритма оптимизации календарно-сетевого графика научно-исследовательского проекта с учетом неопределенности относительно продолжительности работ.

• Разработка методики планирования и контроля реализации научно-исследовательского проекта в условиях неопределенности относительно продолжительности работ.

• Рассмотрение возможности применения информационных технологий поддержки принятия решений в УП в контексте предложенной методики.

Научная новизна и значимость результатов диссертационной работы состоит в следующем:

• Выработаны методологические основы применения теории управления проектами в управлении научно-исследовательской деятельностью.

• Поведен анализ особенностей, выявлены факторы неопределенности в научно-исследовательских проектах.

• Произведена классификация подходов к управлению проектами с учетом неопределенности.

• Предложен метод оптимизации календарно-сетевого графика научно-исследовательского проекта с учетом неопределенности относительно продолжительности работ.

• Сформулирована и обоснована методика планирования и контроля реализации научно-исследовательского проекта в условиях неопределенности относительно продолжительности работ.

Практическая значимость результатов работы состоит в создании актуального методологического аппарата планирования и управления научно-исследовательскими проектами, возможности разработки эффективных алгоритмов оптимизации графиков таких проектов, на основе предложенного метода.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались современные подходы теории управления проектами, а также методы теории графов, исследования операций, математического программирования.

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах ИПУ РАН, Международной научно-практической конференции по теории активных систем, Москва, 2005.

Апробация результатов работы, моделей и методов была проведена в результате внедрения предложенной методики в ОАО «Русская Платежная Система «РПС».

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 5 научных работах общим объемом более 1 печатного листа:

1. Скибин A.B. Факторы неопределенности в научно-исследовательских проектах // Прогнозирование, экономика, конкурентоспособность авиационной техники / Тез. докл. 4-й междунар. конф. «Авиация и космонавтика - 2005». - М.: Изд-во МАИ, 2005.-С. 35-36.

2. Скибин A.B. Календарное планирование на начальных этапах жизненного цикла продукции // Экономика, управление предприятием, проектами и персоналом в авиационной отрасли / Стат. и мат. 3-й науч.-техн. конф. «Исследования и передовые разработки в авиационной промышленности». - М.: ОАО «ОКБ Сухого», 2005. - С. 476-478.

3. Скибин A.B. Календарное планирование научно-исследовательского проекта с учетом неопределенности // Управление, Экономика, кооперация / Тез. докл. 2-й междунар. науч.-техн. конф. «Авиадвигатели XXI века». - М.: ЦИАМ, 2005. - С. 331333.

4. Скибин A.B. Метод календарного планирования с учетом неопределенности относительно продолжительности работ // Международный журнал «Программные продукты и системы». - 2005. №4.

5. Направления исследований в области календарного планирования с учетом неопределенности. Обзор // Международный журнал «Программные продукты и системы». - 2006. №1.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы и содержит 81 страницу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения диссертационного исследования были последовательно получены следующие основные результаты:

1. Описаны ключевые аспекты научно-исследовательской деятельности как стадии жизненного цикла продукции.

2. На основе анализа методологии управления проектами, отмечена возможность и целесообразность применения методов теории УП для управления научно-исследовательской деятельностью, выявлены отличительные особенности научно-исследовательских проектов.

3. На основе анализа зарубежной и отечественной литературы сформирован обзор основных подходов календарного планирования работ с учетом неопределенности относительно продолжительности операций проекта.

4. Разработана концептуальная модель проекта с учетом неопределенности на основе агрегирования резервов времени в буферы.

5. Поставлена и изучена задача оптимизации календарного графика научно-исследовательского проекта по стоимости с учетом неопределенности относительно продолжительности работ.

6. Разработан модифицированный метод решения задачи оптимизации графика работ проекта по стоимости с учетом неопределенности относительно продолжительности работ на основе метода дихотомического программирования с использованием агрегированной модели проекта с резервами времени.

7. На основе модифицированного метода разработан алгоритм решения прикладной задачи оптимизации графика работ научно-исследовательского проекта.

8. Формализована методики реализации групп процессов планирования, мониторинга и управления научно-исследовательским проектом с применением модифицированного метода.

9. Проведен анализ ключевых аспектов выбора и применения программного обеспечения для реализации ряда процессов управления научно-исследовательскими проектами.

10. Предложен вариант применения существующих программных средств для обеспечения автоматизации ряда процессов планирования, мониторинга и управления научно-исследовательским проектом.

1. Балашов В. Г., Заложнев А. Ю., Иващенко А. А., Новиков Д. А. Механизмы управления организационными проектами. М.: ИПУ РАН, 2003. - 84 с.

2. Баркалов С.А., Бурков В.Н., Гилязов Н.М. Методы агрегирования в управлении проектами. М.: ИПУ РАН, 1999.

3. Бурков В. Н., Грацианский Е. В., Дзюбко С. И., Щепкин А. В. Модели и методы управления безопасностью. М.: Синтег, 2001. - 142 с.

4. Бурков В. Н., Заложнев А. Ю., Новиков Д. А. Теория графов в управлении организационными системами. М.: Синтег, 2001. - 124 с.

5. Бурков В. Н., Новиков Д. А. Как управлять проектами. М.: Синтег, 1997. - 188 с.

6. Бурков В.Н., Буркова И.В., Попок М.В. Метод дихотомического программирования // Управление большими системами / Сборник трудов. Выпуск 9. М.: ИПУ РАН, 2004. -С. 57-76.

7. Бурков В.Н., Квон О.Ф., Цитович JT.A. Модели и методы мультипроектного управления. / Препринт М.: ИПУ РАН, 1998.

8. Буркова И. В. Метод дихотомического программирования в задачах управления проектами. Воронеж: ВГАСУ, 2004. - 100 с.

9. Воропаев В. И. Управление проектами в России. М.: «Алане», 1995. - 225 с.

10. Гламаздин Е. С., Новиков Д. А., Цветков А. В. Механизмы управления корпоративными программами: информационные системы и математические модели. -М.: Спутник+, 2001. 159 с.

11. Голенко Д. И. Статистические методы сетевого планирования и управления. М.: Наука, 1968.

12. Гольдштейн Г. Я. Инновационный менеджмент. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998.

13. Гольдштейн Г.Я. Стратегические аспекты управления НИОКР: Монография. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. - 244с.

14. Губко М. В., Новиков Д. А. Теория игр в управлении организационными системами. -М.: Синтег, 2002.-148 с.

15. Карпунин М. Г., Любинецкий Я. Г., Майданчик Б. И. Жизненный цикл и эффективность машин. М.: Машиностроение, 1989.

16. Колосова Е. В., Новиков Д. А., Цветков А. В. Методика освоенного объёма в оперативном управлении проектами. М.: ИПУ РАН, 2001. - 138 с.

17. Мазур И. И., Шапиро В. Д. Управление проектами / Справочное пособие. М.: Высшая школа, 2001. - 875 с.1819,20,2122,23,24,25,2627,2829,30,31,32,33.34,

18. Матвеев А.А., Новиков Д.А., Цветков А.В. Модели и методы управления портфелями проектов. М.: ПМСОФТ, 2005. - 206 с.

19. Новиков Д.А., Суханов АЛ. Модели и механизмы управления научными проектами в

20. ВУЗах. М.: Институт управления образованием РАО, 2005. - 80 с.

21. Основы профессиональных знаний и национальные требования к компетентностиспециалистов по управлению проектами. М.: Совнет, 2000 - 272 с.

22. Полковников А.В. Корпоративная система управления проектами // Электронный офис.- 1997. №10.

23. Полковников А.В. Управление проектами выбор, внедрение и использование ПО в России // PC WEEK/RE. - 1996, №34-35.

24. Управление проектами. Под общей редакцией В. Д. Шапиро. Санкт-Петербург.: «Два-ТрИ», 1996-610 с.

25. Enlow H. Planning R and D Projects Using GERT. Arizona State University, 1969. Erno-Kjolhede E., Project Management Theory and the Management of Research Projects. MPP Working Paper #3,2000. 37 p.

26. Freeman P. R and D Management Research. Paper P-321G. The Rand Corporation. Santa Monica (California), 1905.

27. Goldratt, E. M., Critical Chain, Great Barrington, MA: North River Press, 1997. Lawrence P. Leach. Critical chain project management. ARTECH HOUSE, INC. Norwood, 2000.

28. Pritsker A., Alan B. GERT: Graphical Evaluation and Review Technique, Memorandum RM- 4973 NASA. The Corporation. Santa Monica (California), 1966.

29. Project Management Body of Knowledge (PM BOK), Project Management Institute, Drexel Hill, Pennsylvania, 2004.-401 p.