模拟软件SIMPHONY在科研项目进度计划中的应用*

宇德明，郭乃正，罗鹏宇

(中南大学土木工程学院，湖南 长沙 410075)

统计数据表明，基础研究项目的成功率一般只有5%～10%，应用研究项目的成功率一般也只有50%～60%。这一方面是因为科学研究本身具有很强的探索性和复杂性;另一方面是因为对科研项目缺乏有效的管理，尤其是进度管理［1－2］。科研项目进度管理是保证科研项目按期完成、合理安排项目所需资源、节约项目成本的重要措施。要想保证科研项目科学、严谨、顺利地实现既定目标，必须按照项目进度管理理论，应用项目进度管理方法和工具，对科研项目进行科学的进度管理。

为了对项目进度进行有效管理，学者们提出了很多项目进度管理方法，包括甘特图法、关键线路法、计划评审法、图示评审法、模糊图示评审法、关键链法、蒙特卡罗模拟法等，开发了支持项目进度管理的计算机软件，如 PROJECT，P3，SIMPHONY等。但在国内的科研项目进度管理中，很少使用这些方法和工具，尤其是没有使用蒙特卡罗模拟法和SIMPHONY软件进行科研项目进度计划的报道［3－10］。

本文首先介绍SIMPHONY软件中CEM_PERT模板的要素，然后讨论利用CEM_PERT模板进行科研项目进度计划的步骤，最后结合一个具体的科研项目进行实证分析。

1 CEM_PERT模板的建模要素

SIMPHONY是加拿大Albert大学开发的施工模拟软件，包括很多建模模板。其中，CEM_PERT是SIMPHONY软件中用于项目网络建模的模板。该模板包含6个建模要素，用户利用它可以建立项目的搭接网络图，进行模拟运算，编制不确定情况下的项目进度计划。这6个要素是根要素(CEM_PS_Root)、工作要素(CEM_PS_Activity)、连接要素(CEM_PS_Link)、开始要素(CEM_PS_Start)、结束要素(CEM_PS_End)和写持续时间要素(CEM_PS_WriteDuration)。在建立项目的网络模型时，只有前5个要素是必需的。下面介绍这5个要素。

1.1 根要素

根要素是所有其他建模要素的容器，其他要素都只能作为其子要素。每个网络模型必须有一个也只能有一个根要素。根要素没有输入和输出，它的主要作用是控制模拟过程，收集全局统计量。

1.2 工作要素

也称为活动要素。该要素代表项目中的活动，它只能与连接要素发生联系。每个工作要素应该至少有一个关系连接到它的开始，也至少有一个关系连接到它的结束。结束关系应该含有至少一个结束到结束(FF)型或结束到开始(FS)型关系。

该要素的输入参数包括活动名称、持续时间(可以是常数或服从均匀分布、三角分布、正态分布、β分布、指数分布的随机变量)。输出参数包括:最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间的统计量(最大值、最小值、均值、标准差);关键指数(模拟过程中该工作是关键工作的次数与模拟总次数的比值);以及最后一次模拟中该工作的最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间和最迟完成时间。

1.3 连接要素

也称为关系要素，只能将它连接到工作要素、开始要素或结束要素。它的输入参数包括关系类型和时距，关系类型可以是开始到开始(SS)、开始到结束(SF)、结束到开始(FS)和结束到结束(FF)中的任何一种，时距可以是常数，也可以是服从给定分布的随机变量。连接要素没有输出。

1.4 开始要素

该要素代表项目的开始，模型中只能有一个开始要素。该要素与所有工作要素的未连接开始端都必须有直接或间接的关系。它的唯一输入参数是项目开始时间，而且项目开始时间必须是常数;它没有输出参数。

1.5 结束要素

该要素代表项目的结束，项目中只能有一个结束要素。该要素与所有工作要素的未连接结束端都必须有直接或间接的关系。它没有输入参数，输出参数包括:最后一次运行中项目的完成时间，项目完成时间的最大值、最小值、均值、标准差。

2 创建项目进度计划模型的步骤

利用SIMPHONY创建项目进度计划的步骤如下:

(1)建立项目的工作分解结构，确定每项工作的持续时间(如果是随机变量，则确定其分布类型与相应的参数);

(2)确定工作之间的关系类型(SS，SF，FS或FF型)与时距(如果是随机变量，则确定其分布类型与相应的参数);

(3)从 SIMPHONY主菜单中选择 File－＞New，弹出新项目窗口，输入项目名称并保存项目;

(4)从空白界面的滚动列表中选择CEM_PERT，出现项目进度模板工具箱;

(5)将工具箱中的根要素拖入根窗口，建立根实体;

(6)右击根实体，从弹出菜单中选择 Child Window，进入子窗口;

(7)将工具箱中的若干工作要素(一个工作要素对应步骤(1)中的一项工作)拖入子窗口，输入其名称和持续时间;

(8)将工具箱中的若干连接要素(一个连接要素对应步骤(2)中的一个关系)拖入子窗口，在工作之间建立逻辑关系，确定每个关系的类型和时距;

(9)将工具箱中的一个开始要素和若干连接要素拖入子窗口，将关系类型选择为FS，规定时距为零，使开始要素与所有工作要素的未连接开始端建立关系;

(10)将工具箱中的一个结束要素和若干连接要素拖入子窗口，将关系类型选择为FS，规定时距为零，使结束要素与所有工作要素的未连接结束端建立关系;

(11)从SIMPHONY主菜单中选择File－＞Property，在General标签中输入模型名称，在Simulation标签中输入运行次数，关闭属性窗口;

(12)从SIMPHONY主菜单中选择 Run－＞Check，让系统自动检查模型的完整性。若检查通过，进入下一步;否则，返回前面的相应步骤，修改模型;

(13)从SIMPHONY主菜单中选择 Run－＞Start，开始模拟运行;

(14)完成规定的模拟运行次数后，从各工作要素的属性窗口得到它的最早开始时间、最早完成时间、最迟开始时间、最迟完成时间的统计量(最大值、最小值、均值、标准差)，关键指数，累计密度函数曲线等;从结束要素的属性窗口得到项目的完成时间统计量(最大值、最小值、均值、标准差)和累计密度函数曲线等，据此编制项目进度计划，确定项目进度控制的关键点。

3 实证分析

某铁路科研项目包括的工作、持续时间及工作之间的逻辑关系见表1。利用SIMPHONY中CEM_PERT模板建立项目网络模型，经过500次模拟运行，得到的主要模拟结果见表2和图1。

分析模拟运行的结果，得到如下结论:

(1)该项目完成时间的最早值、最迟值、均值和标准差分别为540，772，661和38个工作日;

(2)在95%置信度下，该项目的完成时间为615个工作日;

(3)“细化和完善研究大纲，制定研究计划，明确职责分工”、“建立研究基地，实施现场调研”、“京沪高铁项目质量策划研究”、“撰写研究报告”、“听取专家意见，修改完善研究报告”和“组织课题鉴定”6项工作是关键工作，应作为进度控制的关键点;

(4)“评价指标体系研究”、“评价模型研究”和“评价软件开发与测试”3项工作是关键工作的概率为98%，应作为进度控制的次关键点;

(5)“京沪高铁项目质量控制研究”是关键工作的概率为2%;

(4)“实施补充性文献调研”和“京沪高铁项目质量保证研究”2项工作不是关键工作。

表1 某科研项目工作名称、持续时间及工作之间的逻辑关系Table 1 Activity names，durations，and logic relationships for some research project

图1 不同工期下项目完成概率(模拟次数n=500)Fig.1 Project completion probability under different times

表2 各项工作时间参数均值(500次模拟)Table 2 Means of various activity time parameters(500 simulation runs)

4 结论

(1)SIMPHONY是功能强大的专用模拟软件，利用其中的CEM_PERT模板能够方便、快捷地建立科研项目的搭接网络模型，该模型允许工作时间和时距为随机变量;能够快速进行蒙特卡罗模拟，以文本和图形2种形式输出模拟运行结果，是编制不确定环境下科研项目进度计划的强有力工具;

(2)详细描述了SIMPHONY中CEM_PERT模板的5个建模要素，即根要素、工作要素、连接要素、开始要素和结束要素;

(3)结合实例详细讨论了利用SIMPHONY中CEM_PERT模板建立不确定环境下科研项目进度计划的步骤。

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