(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

核電作為清潔能源，其發(fā)展可促進(jìn)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型及環(huán)境污染的改善，已經(jīng)成為國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要一環(huán)。目前的核電市場(chǎng)是相對(duì)壟斷競(jìng)爭(zhēng)的，也是開(kāi)放的，對(duì)于追求經(jīng)濟(jì)效益的核電企業(yè)來(lái)講，參與競(jìng)爭(zhēng)就必須要提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力[1]。大修作為核電站生產(chǎn)活動(dòng)中的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，其結(jié)果直接影響到電站機(jī)組運(yùn)行的安全性及經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而影響核電站的效益，而大修的工期是影響核電站機(jī)組的可用率和成本的重要因素。在保證核電機(jī)組換料大修安全和質(zhì)量的前提下，提高大修進(jìn)度，縮短換料大修工期已成為核電企業(yè)提高運(yùn)營(yíng)業(yè)績(jī)及核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要舉措。目前核電站大修通過(guò)設(shè)置重要活動(dòng)的起止控制點(diǎn)即里程碑，來(lái)加強(qiáng)大修管控及進(jìn)度考核。

1 大修進(jìn)度管理現(xiàn)狀

目前，世界范圍內(nèi)在運(yùn)行的核電站400余座，因此在核電大修管理領(lǐng)域積累較為豐富的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，已建立了相對(duì)成熟的大修工況及大修檢修窗口，為后續(xù)大修不斷優(yōu)化大修工期、提高大修進(jìn)度質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

國(guó)內(nèi)外核電站大修主要采用項(xiàng)目管理形式進(jìn)行大修的組織管理，運(yùn)用關(guān)鍵路徑法、里程碑節(jié)點(diǎn)控制對(duì)工期進(jìn)行優(yōu)化，但在計(jì)劃實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中，由于人的因素、技術(shù)方法因素、環(huán)境因素及備品備件因素等原因，里程碑計(jì)劃的實(shí)際執(zhí)行與原定計(jì)劃有較大差異，造成人力物力的浪費(fèi)，不能很好的控制工期與成本。

美國(guó)在核電大修進(jìn)度管理優(yōu)化研究領(lǐng)域處在領(lǐng)先地位，法國(guó)在2002年開(kāi)始了優(yōu)化工期的研究，取得了很大的成效。國(guó)內(nèi)核電大修工期優(yōu)化工作起步較晚，也取得了一定的成效。大亞灣核電站于2004年開(kāi)始進(jìn)行大修優(yōu)化工作探索，主要是從組織上進(jìn)行嘗試，大亞灣核電站對(duì)大修優(yōu)化較為重視，已于2006年成立專門(mén)的大修優(yōu)化項(xiàng)目組，并建立了大修管理委員會(huì)，制定大修優(yōu)化行動(dòng)及行動(dòng)計(jì)劃，但是與國(guó)外工期水平相比還有一定的差距[2]。

圖1分別是法國(guó)的RINGHAL，美國(guó)的Exelon以及國(guó)內(nèi)核電標(biāo)準(zhǔn)里程碑的對(duì)比圖。

圖1 中外核電廠標(biāo)準(zhǔn)里程碑對(duì)比圖

2 大修里程碑管理方法

2.1 核電站大修的項(xiàng)目特點(diǎn)

核電站大修是機(jī)組運(yùn)行的一個(gè)特殊階段，大修利用停堆換料的時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行糾正性、預(yù)防性維修，在役檢查以及各種試驗(yàn)等工作，以確保這些系統(tǒng)設(shè)備滿足機(jī)組下一個(gè)燃料周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。核電站的換料大修是一項(xiàng)規(guī)模十分龐大、過(guò)程極為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它具有安全質(zhì)量要求高、資源投入多、工期短任務(wù)重、系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換頻繁、接口及協(xié)調(diào)復(fù)雜等諸多特點(diǎn)。

所謂“項(xiàng)目”是指一個(gè)組織為實(shí)現(xiàn)即定的目標(biāo)，在一定的時(shí)間、人員和資源約束條件下，所開(kāi)展的一種具有一定獨(dú)特性的一次性工作。核電站的換料大修管理是在特定的期間內(nèi)，有限的資源條件下，完成特定的任務(wù)的活動(dòng)，換料大修有明顯的項(xiàng)目特征。

2.2 核電站大修進(jìn)度里程碑管理方法及其局限性

里程碑管理是項(xiàng)目管理中的重要手段，是項(xiàng)目進(jìn)展的度量方法。大修里程碑是核電大修中重要活動(dòng)的起止控制點(diǎn)，在換料大修的整個(gè)過(guò)程中，按一回路的狀態(tài)設(shè)置了相應(yīng)的里程碑。其目的一方面是加強(qiáng)對(duì)大修的控制，考核大修的近期目標(biāo)；另一方面也是便于為歷次大修工期的比較建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)[6]。

標(biāo)準(zhǔn)年度大修里程碑設(shè)置情況見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)年度大修里程碑

目前的核電站大修進(jìn)度管理采取里程碑結(jié)合關(guān)鍵路徑管理，在每個(gè)大修里程碑窗口中設(shè)置關(guān)鍵路徑，關(guān)鍵路徑延誤會(huì)導(dǎo)致里程碑延誤及項(xiàng)目延期。一般而言，隨著大修經(jīng)驗(yàn)的積累，大修里程碑窗口及其關(guān)鍵路徑上的工作內(nèi)容與耗時(shí)經(jīng)過(guò)多次大修后基本通過(guò)專業(yè)人士經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。最新標(biāo)準(zhǔn)年度大修里程碑目標(biāo)工期見(jiàn)表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)年度大修里程碑

目前核電大修里程碑時(shí)間設(shè)定均是由經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，主觀性較強(qiáng)，并且在以關(guān)鍵路徑里程碑手段進(jìn)行大修實(shí)際管控時(shí)，由于工作效率、人為因素及外界環(huán)境等各種原因，尤其是項(xiàng)目工期時(shí)間是由下至上逐級(jí)匯總而成，在這個(gè)過(guò)程中，由于自我保護(hù)因素，項(xiàng)目人員會(huì)在原有基礎(chǔ)上增加安全時(shí)間，導(dǎo)致項(xiàng)目累計(jì)估計(jì)時(shí)間長(zhǎng)于本來(lái)的時(shí)間，工期往往是不確定的，實(shí)際執(zhí)行與預(yù)定的計(jì)劃又有很大差別。該方法的局限性導(dǎo)致在實(shí)際大修管控中容易出現(xiàn)以下問(wèn)題：計(jì)劃不準(zhǔn)，不利于工期的控制，容易出現(xiàn)計(jì)劃超期[12]。

3 基于數(shù)據(jù)分析的大修里程碑窗口工期優(yōu)化模型

3.1 核電大修項(xiàng)目里程碑緩沖區(qū)

不確定性是項(xiàng)目的典型特征，也是項(xiàng)目的本質(zhì)，換料大修亦是如此。受不確定性影響，項(xiàng)目完工的概率分布可認(rèn)為近似于正態(tài)分布(如圖2)。

圖2 項(xiàng)目完工的概率分布圖

每個(gè)工序的實(shí)施者為了應(yīng)對(duì)任務(wù)的不確定性，通常都要給自己留有足夠的安全時(shí)間，從而造成整個(gè)項(xiàng)目的工期過(guò)長(zhǎng)。

雖然每個(gè)工序，尤其是關(guān)鍵工序都包含了安全時(shí)間，但是仍有很多項(xiàng)目不能按照計(jì)劃完成。英國(guó)學(xué)者帕金森指出：人們會(huì)盡量將安全時(shí)間消耗掉，早完工，他也不報(bào)告，即便早完工導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目節(jié)約時(shí)間也是如此。另外一個(gè)原因就是學(xué)生綜合癥在起作用，等待和拖拉是人們對(duì)待項(xiàng)目的普遍現(xiàn)象，通常是不到最后關(guān)頭不動(dòng)工。

帕金森定律指出，人們會(huì)將單個(gè)工序或活動(dòng)中的安全時(shí)間消耗掉。其避免的方式是將安全時(shí)間不要放在具體的工序或活動(dòng)上，而是從工序或活動(dòng)中消減下來(lái)集中管理，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)聚合原理，將風(fēng)險(xiǎn)整合，整體風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)降低。我們將各個(gè)工序中消減下來(lái)的時(shí)間集中起來(lái)稱為緩沖時(shí)間，緩沖區(qū)的設(shè)置體現(xiàn)了全局性、系統(tǒng)性思想[5]。

在實(shí)際大修管控中，一般會(huì)設(shè)置計(jì)劃工期及目標(biāo)工期，計(jì)劃工期：計(jì)劃工期=目標(biāo)工期+緩沖時(shí)間。核電大修目前均采用目標(biāo)工期及計(jì)劃工期雙工期進(jìn)行計(jì)劃管控，成效顯著。

2017年該核電站一共實(shí)施了7次大修，其中6次按照計(jì)劃提前完成，計(jì)劃提前率達(dá)到85.7%，如圖3所示。

從近年來(lái)大修工期來(lái)看，設(shè)置目標(biāo)工期對(duì)大修工期提前具有較為顯著的作用。

但目前項(xiàng)目緩沖時(shí)間的大小一般通過(guò)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置，具有很大的主觀性，而項(xiàng)目緩沖區(qū)尺寸的設(shè)置合理與否將直接影響到項(xiàng)目工期能否提前或按時(shí)完成。

圖3 2017年某核電站大修項(xiàng)目完成情況

3.2 核電大修里程碑緩沖區(qū)設(shè)置模型

隨著核電換料大修標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，大修數(shù)據(jù)也逐漸成為備受關(guān)注的一環(huán)。在整個(gè)大修過(guò)程中產(chǎn)生了豐富的數(shù)據(jù)，如何利用這些數(shù)據(jù)不斷提高大修管理水平將會(huì)成為當(dāng)前大修管理者的重要需求。本文通過(guò)收集國(guó)內(nèi)某核電站歷次大修里程碑?dāng)?shù)據(jù)，并采用合理方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，挖掘大修里程碑工期及里程碑緩沖區(qū)工期，技術(shù)路線見(jiàn)圖4。

圖4 核電大修里程碑緩沖區(qū)設(shè)置模型技術(shù)路線圖

數(shù)據(jù)分析可以從大量的系統(tǒng)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)并提取信息、知識(shí)或模式[7]。數(shù)據(jù)分析的步驟由以下步驟的迭代序列組成。

1)數(shù)據(jù)清理：通過(guò)數(shù)據(jù)清理來(lái)提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)分析結(jié)果的質(zhì)量;

2)數(shù)據(jù)選擇：從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取與分析任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù);

3)數(shù)據(jù)分析：通過(guò)智能方法提取、分析數(shù)據(jù)模式;

4)知識(shí)表示：使用可視化和知識(shí)表示技術(shù)，向用戶提供數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

聚類是數(shù)據(jù)挖掘分析領(lǐng)域的重要組成部分。由于各里程碑窗口歷史時(shí)間呈正態(tài)分布，所以本文選用對(duì)符合正太分布的數(shù)據(jù)效果更佳的模糊C均值聚類[8]。

模糊C均值聚類(FCM)利用隸屬度函數(shù)和迭代算法將有限的數(shù)據(jù)集進(jìn)行分別聚類。具體方法如下：

數(shù)據(jù)集合X={x1,x2,…xn}；k為類別數(shù)目；每個(gè)聚類的中心，mj(j=1,2…,k)；μj(xi)是第i個(gè)樣本對(duì)應(yīng)的第j類的隸屬度函數(shù)，則基于隸屬度函數(shù)的聚類損失函數(shù)可以寫(xiě)為：

令Jf對(duì)mj和μj(xi)的偏導(dǎo)為0，求得上述公式極小值的的必要條件。

(1)

(2)

利用迭代方法求解上述兩式。直至滿足收斂得到最優(yōu)解，即完成了模糊聚類的劃分，聚類中心即為標(biāo)準(zhǔn)里程碑窗口目標(biāo)參考工期，各里程碑目標(biāo)參考工期與里程碑窗口歷史最佳工期的差值即為安全時(shí)間。

由于不同的里程碑窗口對(duì)大修工期影響的差異性，需要在歷次大修數(shù)據(jù)中獲取各里程碑窗口對(duì)工期影響程度的度量。本文采取主元分析法(PCA)對(duì)各里程碑窗口進(jìn)行客觀賦權(quán)。

主元分析是(PCA)是典型的多元統(tǒng)計(jì)分析方法[10]，它能將數(shù)據(jù)中指標(biāo)對(duì)樣本排序及方案影響程度即權(quán)重通過(guò)貢獻(xiàn)率的方式給出，屬于客觀賦權(quán)法的一種，其步驟如下：

對(duì)樣本的n個(gè)因素X={x1,x2,…xn}構(gòu)造n個(gè)新的特征變量T={y1,y2,…yn}，使：

1)每個(gè)新的變量是原有n個(gè)因素的線性組合：

T=XU

式中U為變換矩陣，U={u1,u2,…un};

2)各特征向量互不相關(guān)，兩兩正交：

r(Ti,Tj)=0, (i,j=1,2,…,n,i≠j)

3)使Ui和Tj的方差達(dá)到最大，定義貢獻(xiàn)率及權(quán)重為：

式中，λ為特征值。

則緩沖區(qū)的大小即為各里程碑窗口安全時(shí)間加權(quán)之和。

4 核電大修實(shí)踐

本文對(duì)國(guó)內(nèi)某核電站33次大修里程碑窗口數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并對(duì)存在裝卸料機(jī)改造、低低水位核級(jí)閥門(mén)處理等偶發(fā)性且對(duì)大修工期有較大影響的因素的大修進(jìn)行清理，最終保留17次大修數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)采用本文構(gòu)建的里程碑工期優(yōu)化模型計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)年度大修里程碑緩沖區(qū)時(shí)間。

首先對(duì)各里程碑窗口時(shí)間分布進(jìn)行正太分布檢驗(yàn)，均符合正態(tài)分布，而模糊均值的聚類方法對(duì)符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)具有較好的效果，因此本文采用模糊均值的聚類方法對(duì)歷次大修進(jìn)行聚類分析，尋找到其聚類中心點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)年度大修的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，并將其與歷史最佳時(shí)間的差值作為個(gè)里程碑窗口在整個(gè)大修項(xiàng)目中的安全時(shí)間。

表3 大修里程碑窗口時(shí)間聚類中心及安全時(shí)間(單位：h)

以聚類中心時(shí)間作為里程碑窗口標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，可以看出，聚類中心時(shí)間基本分布于工期統(tǒng)計(jì)正態(tài)分布中頻率最高時(shí)間附近，準(zhǔn)確性較好。聚類中心所需大修工期為791 h，32.958 d。

對(duì)歷史數(shù)據(jù)各里程碑窗口時(shí)間進(jìn)行分析如圖5。

某些大修里程碑時(shí)間的波動(dòng)較大，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目工期的影響較為顯著，而有些就較弱，為將不同里程碑窗口對(duì)項(xiàng)目工期的強(qiáng)弱進(jìn)行差異化，本文采用主元分析法對(duì)各里程碑窗口進(jìn)行客觀賦權(quán)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 大修里程碑窗口權(quán)重

將各里程碑窗口的安全時(shí)間與其權(quán)重乘積作為各里程碑時(shí)間緩沖，各里程碑時(shí)間緩沖之和作為整個(gè)項(xiàng)目緩沖時(shí)間，得到結(jié)果見(jiàn)表5。

圖5 大修里程碑窗口時(shí)間波動(dòng)圖

表5 大修里程碑緩沖時(shí)間

基于數(shù)據(jù)挖掘的項(xiàng)目緩沖區(qū)計(jì)算方法得出的最終結(jié)果為：37.242 8 h，以歷史數(shù)據(jù)庫(kù)為基準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)年度大修項(xiàng)目參考目標(biāo)工期(聚類中心)為791 h，32.96 d，故標(biāo)準(zhǔn)年度大修參考計(jì)劃工期：791+37.242 8=828.24 h，為34.51 d。對(duì)歷次大修進(jìn)行工期統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖6，結(jié)果基本符合正態(tài)分布，大修工期最為集中在30～35 d，論文分析結(jié)果參考目標(biāo)工期32.96 d與計(jì)劃工期34.51 d正位于此區(qū)間內(nèi)，具有較強(qiáng)的參考性。

圖6 大修里程碑工期統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論

大修作為核電生產(chǎn)活動(dòng)中的重要一環(huán)，其項(xiàng)目管理的精確化將會(huì)是增強(qiáng)核電競(jìng)爭(zhēng)力的重要舉措。本文在傳統(tǒng)核電大修管理方法的基礎(chǔ)上，并通過(guò)學(xué)科交叉利用基于數(shù)據(jù)分析的方法對(duì)大修項(xiàng)目緩沖時(shí)間獲取方法進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)于現(xiàn)有核電大修項(xiàng)目管理方法是一種有效改進(jìn)，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

本文研究可最終納入項(xiàng)目計(jì)劃管理決策支持系統(tǒng)，用于相關(guān)核電企業(yè)的管理提升，并且這樣的計(jì)劃管理決策支持系統(tǒng)不僅僅局限于核電大修項(xiàng)目管控，可抽象為一種技術(shù)路徑，應(yīng)用于各種流程工業(yè)項(xiàng)目管理中。

為了提高項(xiàng)目緩沖區(qū)尺寸計(jì)算的準(zhǔn)確度，進(jìn)而提高項(xiàng)目計(jì)劃的合理性，降低計(jì)劃偏差率，縮短大修工期，降低成本，作者認(rèn)為進(jìn)一步的研究工作可以從以下方面入手：

1)目前，單一核電站的M310機(jī)組核電標(biāo)準(zhǔn)年度大修時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)量依舊無(wú)法滿足海量數(shù)據(jù)分析的要求，造成了一定的數(shù)據(jù)分析失真?？山⑷珖?guó)甚至全球核電站大修項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)庫(kù)，將更多的核電機(jī)組大修數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)庫(kù)中，豐富數(shù)據(jù)量。

2)下一步研究可進(jìn)行細(xì)化，以標(biāo)準(zhǔn)年度大修關(guān)鍵路徑上的各項(xiàng)工作為研究對(duì)象，在制定大修計(jì)劃時(shí)可以更加有針對(duì)性。

核電大修項(xiàng)目管理應(yīng)結(jié)合現(xiàn)代管理手段及新方法，與時(shí)俱進(jìn)，持續(xù)改進(jìn)，只有這樣才能為大修業(yè)績(jī)的不斷提升做出更多的貢獻(xiàn)。