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大型工程项目网络化建模及关键节点分析方法研究

作　者: 杨婧
导　师: 陈英武
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 管理科学与工程
关键词: 大型工程项目项目组织——任务相互作用网络关键节点虚节点算法介数流度
分类号: N941.4
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

大型工程项目是一个典型的复杂系统，由成千上万个在时间与空间上相互影响、相互制约的项目任务所构成，同时涉及数量众多且关系复杂的项目参与方。大型工程项目任务及组织规模的增大，以及相互关系复杂性的急剧增加，导致了大型工程项目不确定性因素增多、管理难度加大、管理效率低下等问题。如何描述任务之间、组织之间特别是任务与组织之间的相互作用关系，如何在复杂的关系分析中对大型工程项目进行有效的建模，如何在各种不确定条件下从数量众多且关系繁杂的大型工程项目系统中甄别出关键要素以进行重点管理，进而为优化项目资源配置、提高管理效率提供科学的管理和决策依据，成为大型工程项目管理亟需解决的问题。本文旨在以定性定量相结合的综合集成方法论为指导，通过系统分析方法建立大型工程项目的网络分析模型，并在此模型的基础上，借鉴相关的网络建模理论与方法，从系统、整体的角度辨识和分析对大型工程项目进度具有重要影响的关键组织和任务活动节点，并针对大型工程项目实施过程面临的各种风险因素，考虑在项目完成时间不确定的情况下，依据网络拓扑结构和系统相互作用关系为项目管理者进行关键节点管理提供决策辅助。本文将网络建模与分析方法引入到大型工程项目管理中来，不仅拓展了传统的项目管理理论，并且为管理者能够在项目实践中抓住任务规划与组织管理工作的重点、提升项目管理人员的宏观统筹与总体规划能力、以及提高项目综合管理能力提供了有效的技术方法支撑。论文主要研究工作及创新点如下：1、提出了大型工程项目系统组织——任务相互作用网络模型。把大型工程项目中的各要素集成起来，综合考虑项目任务与组织之间的相互作用关系，构建了大型工程项目组织——任务相互作用网络模型，解决了在工程项目管理中将组织和任务独立开来的问题。基于该模型，可以用社会网络理论中的各种网络指标，对项目组织和任务节点的重要性进行评价，弥补了传统的关键路径法、计划评审技术在项目任务分析中存在的不足；此外，可以将组织与项目结合起来，使得在实施工程项目的动态过程中综合衡量和分析组织节点的重要性成为可能。2、提出了一种基于加权边分解的虚节点算法，解决了网络介数的计算复杂性问题。首先，定义并分析了网络指标在大型工程项目网络模型中的实际意义与作用并给出了计算方法；然后，为解决大型工程项目相互作用网络介数的计算复杂性问题，提出了优化计算网络指标的虚节点算法，改进并优化了介数计算方法。解析并推导了网络平均度、平均边权值与基于虚节点算法的介数优化算法复杂度的关系；通过数值仿真比较在Brandes算法中使用虚节点算法和Dijkstra算法的效率，验证了新算法的时间效率要优于Brandes算法；本算法为后续的网络指标分析奠定了计算基础。3、提出了基于流度的关键任务节点分析方法。为分析项目网络拓扑结构对关键路径的影响，提出了新的更适应描述项目网络任务节点重要度的网络参数——流度。在分析中，采用项目网络生成器RanGen2，生成了1600个不同拓扑结构的项目网络，分析了网络节点的介数、入度、出度、流度等与项目关键路径的相关性，结果表明，流度与项目关键路径存在最大的相关性，当项目完成时间信息不确定时，以度值、介数和流度值为基础计算得到的关键路径与项目实际关键路径拟合度能达到40%-80%以上；而且，通过非关键路径灵敏度分析的仿真结果也表明，流度较大的非关键路径节点对项目完成时间的影响最大。4、提出了组织失效的概念，建立了一套分析组织失效、鉴别关键组织节点的新方法。基于本文提出的大型工程项目组织——任务相互作用网络模型，从解析和仿真的角度分别分析了在随机型组织网络结构、集权型组织网络结构和金字塔型组织网络结构上，组织节点随机失效和优先失效对项目工期的影响，进而为组织节点重要度排序提供了参考依据。研究结果表明，只需一定比例的组织节点优先失效即可导致整个网络完全瘫痪，从而造成工期严重延误。当组织中较少比例节点优先失效时，项目工期将明显多于同样比例节点随机失效的情况。

全文目录

摘要  11-13
Abstract  13-15
第一章绪论  15-37
  1.1 研究背景与选题依据  15-21
    1.1.1 研究背景  15-17
    1.1.2 研究问题  17-19
    1.1.3 研究意义  19-21
  1.2 国内外研究现状  21-32
    1.2.1 项目管理理论研究现状  21-22
    1.2.2 大型工程项目管理研究现状  22-25
    1.2.3 大型工程项目关键节点研究现状  25-26
    1.2.4 网络模型中的关键节点分析方法研究现状  26-28
    1.2.5 相互作用网络的相关研究现状  28-30
    1.2.6 大型工程项目组织问题的相关研究现状  30-32
  1.3 论文组织结构和创新点  32-37
    1.3.1 研究思路  32-33
    1.3.2 论文组织结构  33-35
    1.3.3 主要创新点  35-37
第二章大型工程项目系统分析与网络化建模  37-51
  2.1 大型工程项目系统分析  37-42
    2.1.1 大型工程项目系统分析思路  38
    2.1.2 大型工程项目任务子系统  38-39
    2.1.3 大型工程项目组织子系统  39-40
    2.1.4 大型工程项目任务与组织之间的关系  40-42
  2.2 大型工程项目网络化模型  42-45
    2.2.1 大型工程项目网络化特征  42-43
    2.2.2 大型工程项目网络化建模  43-45
  2.3 大型工程项目相互作用网络建模与分析  45-50
    2.3.1 大型工程项目网络描述  45-47
    2.3.2 大型工程项目组织——任务相互作用网络建模  47-50
  2.4 小结  50-51
第三章项目网络模型指标分析与计算方法研究  51-70
  3.1 大型工程项目网络模型的指标  51-54
  3.2 网络指标在大型工程项目网络模型中的含义  54-56
  3.3 基于加权边分解的虚节点算法  56-63
    3.3.1 基本思想  56-59
    3.3.2 加权边分解  59-60
    3.3.3 虚节点算法  60-61
    3.3.4 算法复杂度分析  61-62
    3.3.5 VN-Dijkstra 组合算法  62-63
  3.4 基于虚节点算法的 Brandes 介数优化算法  63-69
    3.4.1 Brandes 介数算法  63-65
    3.4.2 基于虚节点算法的 Brandes 介数优化算法  65-66
    3.4.3 算法效率分析  66-69
  3.5 小结  69-70
第四章大型工程项目网络模型的关键任务节点分析  70-87
  4.1 问题的提出与求解思路  70-74
    4.1.1 任务活动时间的不确定性  70-71
    4.1.2 网络指标与任务节点关键性  71-72
    4.1.3 求解思路  72-74
  4.2 基于流度的关键任务节点分析  74-76
    4.2.1 任务网络均匀流与流度  74-75
    4.2.2 流度相关性质  75-76
  4.3 项目网络指标与关键路径相关性仿真设计  76-80
    4.3.1 项目仿真网络设计  76-79
    4.3.2 仿真网络生成参数与关键路径长度相关性分析  79-80
  4.4 基于网络指标的项目关键任务节点仿真分析  80-84
    4.4.1 基于网络指标的关键路径估计  80-82
    4.4.2 网络指标与关键路径相关性分析  82-84
  4.5 非关键路径节点灵敏度分析  84-85
    4.5.1 仿真设计  84
    4.5.2 仿真结果  84-85
  4.6 小结  85-87
第五章基于相互作用网络的大型工程项目关键组织节点分析  87-102
  5.1 大型工程项目的级联失效问题  87-90
  5.2 大型工程项目级联失效问题建模  90-96
    5.2.1 相互作用网络的级联失效模型  90-91
    5.2.2 大型工程项目的相互作用网络级联失效建模  91-96
  5.3 基于随机失效的大型工程项目级联失效过程分析  96-99
    5.3.1 随机型组织网络级联失效过程  96
    5.3.2 集权型组织网络级联失效过程  96-97
    5.3.3 金字塔型组织网络级联失效过程  97-98
    5.3.4 仿真结果  98-99
  5.4 基于优先失效的大型工程项目级联失效过程分析  99-101
    5.4.1 基于组织优先失效的级联失效过程仿真设置  99-100
    5.4.2 仿真分析  100-101
  5.5 小结  101-102
第六章大型工程项目网络建模及关键节点分析示例研究  102-120
  6.1 示例背景介绍与分析  102-104
    6.1.1 项目概况  102-103
    6.1.2 项目干系人  103-104
    6.1.3 项目建设意义  104
  6.2 组织－任务相互作用网络建模  104-110
    6.2.1 项目组织  104-106
    6.2.2 项目任务  106-107
    6.2.3 项目组织——任务相互作用网络  107-110
  6.3 基于相互作用网络的关键节点分析  110-119
    6.3.1 基于相互作用网络的关键组织节点分析  110-114
    6.3.2 基于相互作用网络的关键任务节点分析  114-118
    6.3.3 考虑级联失效的相互作用网络的关键组织节点分析  118-119
  6.4 小结  119-120
第七章结束语  120-123
  7.1 本文的主要贡献  120-121
  7.2 进一步的工作  121-123
致谢  123-125
参考文献  125-136
作者在学期间取得的学术成果  136-137
附录A 工作责任矩阵分配表  137-138
附录B 勘察工作责任矩阵分配表  138-139
附录C 设计工作责任矩阵分配表  139-140
附录D 广州——珠海城际轨道交通项目组织管理结构图*  140

大型工程项目网络化建模及关键节点分析方法研究

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