基于关键链技术的航天测控基带产品研发周期的控制与优化

基于关键链技术的航天测控基带产品研发周期的控制与优化

于攀

中国电子科技集团公司第十研究所  成都  610036

1、引言

航天测控保证航天器正常飞行的关键技术手段。随着航天事业的发展，测控体制先后经历了分散体制、统一载波体制（USB）和扩频统一测控体制等三个阶段，目前主流航天测控体制呈现出统一载波体制和扩频统一测控体制共存的局面。另外随着航天任务的急剧增加及不同航天器功能参数的多样性，加上研制成本控制的因素，对航天测控地面设备特别是基带处理设备有了综合化、集成化的要求。随着软件无线电思想引入航天测控领域，使得综合测控基带设备逐渐实现了基于通用可配置的硬件平台，加载不同的软件版本实现不同的测控功能。而基带设备的研制的主要阶段从以前的硬件设计调试变为现在的信号处理算法及软件开发，而制约基带产品研发周期的主要因素也从以前的硬件加工齐套周期变为依赖软件人力资源的开发周期。本文从人力资源依赖关系和各开发作业间的依赖关系出发，采用关键链技术合理编制开发计划、监控执行情况，实现对测控基带产品研发周期的控制与优化。

2、关键链技术原理

关键链技术一种基于约束理论的项目管理方法，在资源存在一定限制的情况下，考虑资源依赖关系及作业间的依赖关系，寻找到的最长工作序列所占用的工期是项目执行的实际工期，该工作序列的链称为关键链，也就是项目管理中的瓶颈因素。同时，考虑到避免学生综合症、帕金森定律以及墨菲定律等人为因素以及外部环境对工期的影响，在各链的末端设置缓冲区，以解决工期精准控制问题。

根据上述关键链技术的两个要点，对于某一项目，首先是寻找其关键链。传统的CPM方法因为仅仅考虑了作业间的相互关系，在资源使用受限制的情况下计算出的总工期是不合理的，需要根据对资源的使用进行排序，即资源约束调整，进而得出合理使用紧缺资源后的工序计划，即项目执行的关键链，目前对资源进行排序的方法较多，主要有启发式算法和遗传算法。

在关键链技术中，为保证项目的整体完工工期（而不是单个工作的），提出了缓冲区的概念。从每个执行作业的工期中抽取一半时间作为安全时间设置缓冲区。因此将关键链上各个作业的执行时间减半，并在关键链的末端设置项目缓冲区PB（Project Buffer），缓冲区的大小为关键链上所有作业减半后时间和的一半。同时为了保证非关键链的正确执行，在非关键链的和关键链的连接地方设置汇入缓冲区FB（Feed Buffer），其大小为相应非关键链上所有作业的执行时间的一半的和的一半。在不同资源使用过程中也可以设置资源缓冲区RB（Resource Buffer）。

3、关键链技术在测控基带开发中的应用

3.1 航天测控基带产品研发管理模式

随着软件无线电技术的发展，使得航天测控基带设备逐渐实现了基于通用可配置的硬件平台，加载不同的软件版本实现不同的测控功能。通用硬件平台经过迭代逐渐形成渠道稳定的货架产品，生产加工为一个相对固定的典型周期，而信号处理算法及软件开发过程的管理成为整个基带产品研发管理的重中之重，且由于基带信号处理涉及信号处理及软件开发领域多项复杂知识，开发门槛高，相关设计师资源非常宝贵稀缺。

目前航天测控基带产品研发进度计划的编制过程中一般不加载资源的使用需求，只考虑各功能项及指标性能调试工期、工序逻辑之间的联系。 这种计划编制方法大都是基于以往开发项目的经验，在进度执行过程中经常会出现项目进度滞后，由于资源限制等原因导致的停工、延长工期以及增加成本等现象。导致某些项目出现严重逾期，在目前军方十分强调合同履约意识的背景下，这种模式容易引起纠纷，对承研单位和用户都会造成损失，因此提高测控基带产品研发项目的管理水平对测控系统的按期交付有重大意义。

3.2基带产品研发关键链的识别

本文以基带产品信号处理算法开发和设备监控管理软件开发为案例，研究关键链技术在航天测控基带领域的应用。一般基带产品开发计划涉及USB体制及扩频统一体制的调制器开发、接收机开发、监控软件开发、硬件驱动开发等作业，各单一作业计划周期如表1所示，其工期采用经验估计，单位为天，作业过程中涉及的人力资源使用情况同样在表格中列出，总共有 5 种资源，同一种资源在同一时间段内只能有一种作业使用。

表1 任务周期及资源

根据传统计划编排方法未考虑资源限制情况下，导出基带研制的工作网络图，基于传统的 CPM 方法，其周期为关键路径的各个作业周期之和64天。

3.2.1 考虑资源约束后的调整

存在资源限制的情况下，计算出的工期并不是实际的工期，各个作业加载资源需求，部分作业存在同一时间内对同一资源使用的情况，需要对资源的使用进行调整。本文采用启发式算法进行调整，主要原则如下：

1）、选取对未排序的网络计划的关键路径，从关键路径的终端开始向前调整存在资源使用冲突的作业；

2）、针对存在资源冲突的作业项，优先保证作业项的前置作业不受影响，如 T1和T2，两者在施工时间内存在对资源 R1的使用，因此需要进行资源分配，由于W1前面有作业，如果对 T1 进 行调整会影响到 T3 的作业时间，而 T2 前面无作业，因此T1应优先于 T2使用资源 R1；

3）、冲突作业项在关键路径内的有限保证资源使用，非关键路径的支链调整到该作业项之前；

4）、存在多种调整方法的，选择关键路径相对短的调整方法。

根据上述调整原则，本文从图1所示的关键路径末端出发，向前梳理冲突项，遇冲突便进行进行调整，每调整一次更新工作网路图，同时找出最新的关键路径，再按上述原则进行调整，直至资源冲突完全消除。

3.3 缓冲区的设置

通常在制定研制计划时，项目的各个作业的完成时间是经由各设计师根据各自开发经验评估上报到计划决策层，由于各个设计师考虑到自己的利益，在上报时会在实际的工期中增加一定的时间作为安全时间，这样最后上报的时间实际上包含了大量的安全时间，使得工期较长，同时由于人的因素，项目执行过程中普遍存在学生综合征、帕金森定律以及墨菲定律，导致项目的进度滞后。关键链技术为了防止项目出现逾期和便于进度管理，在关键链的结尾引入项目缓冲区PB。 缓冲区的时间来源于从关键链的所有作业中砍掉的一部分安全时间之和，首先将关键链中的所有作业的计划工期减半，并将所有的减半时间求和，取其一半作为缓冲区 PB 的大小，缓冲区只有时间，并不使用资源。对关键链的工期减半并设置缓冲区，如图 3所示，从图中可以看出，设置项目缓冲区后，关键链的长度为 51.2天，整个项目的工期明显缩短，而且正常情况下缓冲区不会完全消耗，最终的工期会 小于 51.2天。

汇入缓冲区的设置是为了保证非关键链上的工作能够跟上进度，避免对关键链的进度产 生影响，从而影响项目的总工期。汇入缓冲区FB的设置方法较多，设置的位置可以是非关键链和关键链的连接处，也可以是非关键链的内部。当非关键链的FB设置不当时有可能造成关键链的断裂。非关键链中的较长工期执行的作业由于作业的复杂，以及资源使用时间较长等原因，出现进度滞后的可能性较大，因此对其设置单独的汇入缓冲区进行管理。同关键链中设置缓冲区的方法一样，首先对非关键链中的所有作业的执行时间减半，并取这些减半的时间的 1/2 作为缓冲区的大小，对于单独设置缓冲区的作业，其缓冲区的时间应从链中去除。

资源缓冲区 RB 的设置通常是为了解决项目工程中资源有限的管理问题，资源有限情况 下，不同作业使用的资源数量不同，存在资源回收和再次分配的问题，其次对于相邻作业之间存在不同的资源种类使用的情况下，需要对资源的种类进行转换。资源缓冲区不占用工期和资源本身，仅仅作为资源管理和资源转换的作用。

完成缓存区设置后的工作网络图如图1所示。

图1 资源约束调整及加缓冲后的基带研制计划网络图

3.4 进度管理

项目执行过程中主要通过缓冲区的消耗来 确定项目的进度，缓冲区消耗较慢说明项目进 度正常，能够正常完工，当缓冲区消耗过快， 说明进度过慢，项目完工交付存在逾期的可能 性，缓冲区消耗的大小与进度延期的可能性呈 正相关性。Goldratt 博士在其著作中提出了将 缓冲区分为三部分：当缓冲区消耗量小于 1/3的情况下表明缓冲区使用正常；当缓冲区消耗 达到 1/3～2/3 时；表明项目进度出现了严重的 问题，需要立即加以处理，否则会出现项目总 工期拖延的现象；当缓冲期的消耗超过 2/3 时 表明无论采取何种措施，项目总工期逾期已经 难以避免。

4、总结

本文对 CCPM 技术的理论基础进行了介绍，并利用 CCPM 技术分析了某测控基带产品研发项目的专项计划，分别对 CCPM 技术基于资源限制下的关键链识别、关键链项目缓冲区的设置、非关键链汇入缓冲区的设置以及资源缓冲区的设置、进度预警以及预警的处理方式均进行了讨论和分析。通过研究和分析，采用关键链后，该研制计划的工期从 64天缩短至不足51.2 天，且明确了有效的进度预警与管理机制，对航天测控基带产品研发的管理有着非常重要的现实意义。

【作者简介】于攀，1985年10月出生，男，汉族，湖北建始人，硕士研究生，工程师，研究领域为飞行器测控项目管理