淺談EAS T 裝置性能提升項目進(jìn)度管理

文/方文慧 趙君煜（.中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院；2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）

一、引言

全超導(dǎo)托卡馬克裝置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST)是目前國際上能開展先進(jìn)穩(wěn)態(tài)托卡馬克科學(xué)和工程技術(shù)研究最先進(jìn)的實驗裝置，它的目標(biāo)就是針對近堆芯等離子體穩(wěn)態(tài)先進(jìn)運(yùn)行模式的科學(xué)和工程問題。其主體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。在EAST 上可以對平衡/穩(wěn)定性、約束/輸運(yùn)、波加熱、高能粒子、第一壁等科學(xué)問題開展理論和實驗研究[1]。

圖1 EAST 全超導(dǎo)托卡馬克裝置

EAST 裝置自服役以來已開展了15 輪物理實驗，總放電近十萬次，核聚變大科學(xué)工程團(tuán)隊在EAST 裝置物理實驗運(yùn)行中取得了一系列創(chuàng)新成果。2017 年實現(xiàn)了穩(wěn)定的101.2 秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束等離子體運(yùn)行世界紀(jì)錄。2018 年和2019 年實現(xiàn)高約束、高密度、高比壓的完全非感應(yīng)先進(jìn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式和電子溫度1億℃等離子體運(yùn)行[2]。EAST 裝置服役以來成果卓著，但是基于未來穩(wěn)態(tài)高約束運(yùn)行模式發(fā)展需求，以現(xiàn)有EAST 實驗裝置條件已到了瓶頸階段，加熱系統(tǒng)及內(nèi)部部件已達(dá)其性能瓶頸。為了實現(xiàn)更高的科學(xué)目標(biāo)，保持EAST 研究能力的世界領(lǐng)先地位，亟須對現(xiàn)有EAST 裝置進(jìn)行性能提升，為此中國科學(xué)院等離子體物理研究所開展了EAST 裝置性能提升工程項目。

EAST 性能提升項目有別于普通的基本建設(shè)項目，其科學(xué)技術(shù)意義重大深遠(yuǎn)，具備建設(shè)規(guī)模大、投資高、運(yùn)行和使用周期較長的特點，且在項目建設(shè)過程中需要研制大量的非標(biāo)設(shè)備，多學(xué)科、專業(yè)交叉，技術(shù)綜合、復(fù)雜程度高，具有工程與研制的雙重性[3]。以上特點給項目管理和組織實施帶來了困難，因此，為保證EAST 性能提升項目可以按照計劃目標(biāo)順利實施，對項目進(jìn)度計劃進(jìn)行合理編制和科學(xué)優(yōu)化，并在項目執(zhí)行過程中做到動態(tài)控制，是項目全流程管理中的重要環(huán)節(jié)。本文以進(jìn)度管理相關(guān)理論和研究成果為基礎(chǔ)，借助主流項目管理軟件Primavera P6，對大科學(xué)裝置工程進(jìn)度管理進(jìn)行有益探索，以實現(xiàn)項目進(jìn)度管理和執(zhí)行的有效、合理。

二、進(jìn)度計劃的編制

1.進(jìn)度管理軟件的采用

進(jìn)度計劃的優(yōu)化和動態(tài)控制，是指對工程工期、資源和費(fèi)用的綜合優(yōu)化與控制，其內(nèi)容復(fù)雜且具有較高難度，采用先進(jìn)的項目管理軟件有助于實現(xiàn)高效的管理。美國PSI（Primavera System Inc.）公司在2008 年被Oracle 公司收購前，已有25 年專業(yè)級項目管理軟件研發(fā)歷史，其推出的P6 項目管理軟件在全世界150多個國家擁有廣泛的用戶，在我國很多行業(yè)和領(lǐng)域內(nèi)也有著大量的使用者。其目標(biāo)是為工程建設(shè)、能源、制造、高科技、IT、航空航天、國防等領(lǐng)域提供專業(yè)服務(wù)。P6 軟件的項目、項目群、項目組合的優(yōu)先級排列、計劃編制、管理與執(zhí)行等功能，可以為項目管理提供強(qiáng)大的工程解決方案[4]，該軟件在項目管理方面具有通用性和普適性，軟件的采用有助于實現(xiàn)EAST 性能提升項目進(jìn)度計劃編制—跟蹤—動態(tài)控制—調(diào)整的進(jìn)度管理模式。

2.進(jìn)度計劃的編制準(zhǔn)備工作

EAST 性能提升項目涵蓋15 個一級課題，其維護(hù)改造的范圍和內(nèi)容都較繁雜，在制定具體可實施的項目進(jìn)度計劃前，做好細(xì)致和詳細(xì)的項目內(nèi)容、信息收集和任務(wù)分解等工作是非常重要的。在項目正式施工和執(zhí)行前，項目管理團(tuán)隊依據(jù)《EAST 性能提升總體方案》，多次組織會議對15 個一級課題的任務(wù)進(jìn)行了總體規(guī)劃和安排，并由一級課題負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)組織對所承擔(dān)的課題做整體任務(wù)分解和管理，分解完成后由二級課題負(fù)責(zé)人做進(jìn)一步詳細(xì)的進(jìn)度計劃編制和執(zhí)行。

鑒于以上情況，采用工作分解結(jié)構(gòu)(work breakdown structure，WBS)，一個項目只有通過了WBS 階段，才可能確定大量活動之間的相互關(guān)系，只有準(zhǔn)確和全面進(jìn)行工作結(jié)構(gòu)分解，才能進(jìn)行精確的進(jìn)度計劃制定[5]。WBS 是在項目實施過程中，對項目范圍的一種逐級分解的層次化結(jié)構(gòu)編碼和層次化排列，將項目劃分成可以管理與控制的單元或工作包的一種方法，以便于項目計劃的細(xì)化和編制，明確責(zé)任范圍和落實方案，便于進(jìn)度監(jiān)控和管理。它處于計劃過程的中心，是制定項目進(jìn)度計劃的重要基礎(chǔ)。WBS 可以把EAST 項目可交付成果和項目工作分解成較小且更易于管理的組成部分。在收集和匯總15 個一級課題任務(wù)分解信息后，使用P6 軟件建立EAST 性能提升項目的WBS，按照項目組成模塊及施工進(jìn)度進(jìn)行分解，自上而下、從大到小地逐級分解，從而通過不同層級的分解，合理清晰準(zhǔn)確地反映項目總體結(jié)構(gòu)框架、各課題內(nèi)部分級和結(jié)構(gòu)。EAST 性能提升項目整體WBS 示意、電子回旋系統(tǒng)WBS 示意如圖2、圖3 所示。

圖2 EAST 裝置性能提升項目WBS 示意

圖3 EAST 裝置性能提升項目電子回旋系統(tǒng)WBS 示意

建立EAST 性能提升項目WBS 主要遵循和采用以下原則：

（1）管控適用原則。即WBS 層次分解不過度，EAST 性能提升項目基本為3～5 層，并且不需要全都分解到同一層次，即不必把結(jié)構(gòu)強(qiáng)制做成對稱的。當(dāng)該課題達(dá)到一個層次時，滿足課題任務(wù)可分解完成的要求和工期準(zhǔn)確性的估算即可。

（2）完整性原則。每一層WBS 必須保證上層WBS節(jié)點內(nèi)容的完整性，不能遺漏任何必要的組成部分，任務(wù)完全覆蓋，即WBS 中的任何一個節(jié)點必須與其相應(yīng)的子節(jié)點所包含的工作完全對等。

（3）成果可交付導(dǎo)向原則。實現(xiàn)項目整體工期滿足目標(biāo)進(jìn)度工期的要求，每項任務(wù)的工期都應(yīng)易于估算且在可接受期限內(nèi)，狀態(tài)和完成情況是可以量化的，即明確定義任務(wù)的開始時間和結(jié)束時間。

（4）單項任務(wù)唯一性原則。即單項任務(wù)只應(yīng)該在WBS 中的一個地方出現(xiàn)，不可重復(fù)，不可有漏項。

（5）建立項目的編號系統(tǒng)，確保每項任務(wù)的標(biāo)號的單獨(dú)性和唯一性。

3. 編制項目進(jìn)度管理計劃

EAST 性能提升項目WBS 建立完成后，需要編制詳細(xì)可執(zhí)行和追蹤的進(jìn)度管理計劃，PMBok 將WBS定義為針對可交付成果對項目要素的分組，它歸納和定義了項目的整個范圍，每下降一層代表對項目工作做更詳細(xì)的定義。在WBS 節(jié)點下可以增加指導(dǎo)項目具體工作內(nèi)容的任務(wù)和作業(yè)，也就是項目的基本工作單元。按照EAST 性能提升項目的情況，進(jìn)度計劃一般分為4 個層次進(jìn)行編制與管理，即由上而下逐級分成項目、系統(tǒng)、子系統(tǒng)、任務(wù)（作業(yè)），即把項目分解成系統(tǒng)，系統(tǒng)又細(xì)化為子系統(tǒng)，子系統(tǒng)再分解成一項項任務(wù)或作業(yè)，即：項目→系統(tǒng)→子系統(tǒng)→任務(wù)（作業(yè)）。每個層次的作用不同，第一層次的項目起宏觀控制作用，第二層次的系統(tǒng)是綜合協(xié)調(diào)，第三層次的子系統(tǒng)為實施控制，最底層的任務(wù)（作業(yè)）為具體實施和執(zhí)行。作業(yè)活動作為項目施工計劃編制的最小單位，要求描述準(zhǔn)確、具體且充分考慮項目控制的深度和管理成本。具體的編制方法和步驟如下：

（1）創(chuàng)建項目日歷和工作時間。項目日歷是指企業(yè)中每個項目獨(dú)立使用的日歷，僅當(dāng)前項目可以使用，根據(jù)EAST 性能提升項目現(xiàn)場實際改造情況,項目采用6 天工作制,每天工作10 小時。

（2）增加作業(yè)。作業(yè)是項目的基本工作單元，是項目計劃中最詳細(xì)的工作量跟蹤，它包含所有要執(zhí)行的工作的詳細(xì)信息，和完成項目所必須要發(fā)生的任務(wù)，可以是一項任務(wù)、事件或工作量。作業(yè)又分為以下六種類型，即任務(wù)作業(yè)、獨(dú)立式作業(yè)、開始里程碑、完成里程碑、配合作業(yè)及WBS 作業(yè)。在EAST 性能提升項目中，由各課題負(fù)責(zé)人依據(jù)課題任務(wù)和改造內(nèi)容，對一、二級課題的作業(yè)進(jìn)行劃分和定義，并明確和標(biāo)注課題內(nèi)重要里程碑作業(yè)。

（3）估算工期。作業(yè)工期根據(jù)圖紙設(shè)計工作量及計劃資源配置進(jìn)行預(yù)估，同時要考慮施工團(tuán)隊的施工能力定額、施工經(jīng)驗、人員設(shè)備投入狀況、環(huán)境因素等[6]。EAST 性能提升項目，在工期預(yù)估階段已經(jīng)綜合考慮了以上因素，并根據(jù)項目的實際狀況，將外協(xié)部件延遲、原材料和備品備件采購周期等客觀因素也一并涵蓋在內(nèi)，在工期預(yù)估時適當(dāng)?shù)亓粲幸欢ǖ臅r間裕度，以保證進(jìn)度制定的計劃的合理和可行。

（4）建立邏輯關(guān)系和增加限制條件。邏輯關(guān)系表示作業(yè)間的依賴關(guān)系，在各工序之間加載邏輯關(guān)系和限制條件，是確定各作業(yè)之間的工序、組織之間的關(guān)系的重要步驟，是構(gòu)成整體進(jìn)度計劃的重要部分，通過邏輯關(guān)系可連接每項作業(yè)，從而保證項目整體進(jìn)度計劃的可控性。建立邏輯關(guān)系后，根據(jù)CPM(關(guān)鍵路徑法)可計算出每道作業(yè)的開始時間和完成時間，邏輯關(guān)系的類型分為以下四種，即開始—完成（start—finish，SF）、完成—開始（finish—start，F(xiàn)S）、開始—開始（start—start，SS）、完成—完成（finish—finish，F(xiàn)F）,也可依據(jù)作業(yè)工序的客觀情況，添加延時周期的設(shè)置。限制條件是用戶強(qiáng)加的日期限制，用來反映無法建立在邏輯關(guān)系中的一些需求，一道作業(yè)可同時設(shè)置兩個限制條件，常用的限制條件包括項目必須完成日期、開始不早于、完成不晚于，以及其他限制條件。應(yīng)用了限制條件后可以更精確地反映項目實際情況的進(jìn)度計劃。

（5）進(jìn)度計算。一般進(jìn)度計算采用關(guān)鍵路徑法（CPM）來計算項目進(jìn)度計劃，主要是依據(jù)作業(yè)的工期和邏輯關(guān)系進(jìn)行計算，關(guān)鍵路徑是項目中最長的連續(xù)路徑，它決定了項目的完成時間，P6 軟件內(nèi)也采用該原理和方法計算出項目的開始時間及完成時間，并明確提出項目中的關(guān)鍵任務(wù)是在編制完成項目進(jìn)度管理計劃后, 將當(dāng)前進(jìn)度計劃與目標(biāo)進(jìn)度進(jìn)行比對分析與評價，從而可獲知該計劃是否符合項目預(yù)期要求，如超前或者可滿足預(yù)期進(jìn)度，可以將當(dāng)前計劃設(shè)置為目標(biāo)計劃并進(jìn)行執(zhí)行，如存在延后的情況，那么需要及時對編制的進(jìn)度計劃做出調(diào)整。圖4 為EAST 性能提升項目內(nèi)部部件系統(tǒng)進(jìn)度計劃。

圖4 EAST 性能提升項目內(nèi)部部件系統(tǒng)進(jìn)度計劃

三、進(jìn)度計劃的優(yōu)化及動態(tài)控制

1.進(jìn)度計劃的優(yōu)化

編制合理可行的進(jìn)度計劃僅僅是項目進(jìn)度管理的初步階段任務(wù)，優(yōu)化和完善進(jìn)度計劃是進(jìn)度管理中不可或缺的環(huán)節(jié)。在借助P6 軟件完成項目內(nèi)每項施工作業(yè)、任務(wù)的最早開始時間和最早完成時間后，可以梳理下非關(guān)鍵路徑上的任務(wù)及作業(yè)，在可以保證該項作業(yè)按時完成的前提下，對其進(jìn)行資源最優(yōu)化配置，減少資源的閑置和浪費(fèi)，從而為關(guān)鍵路徑上的任務(wù)及作業(yè)提供更多可調(diào)配的資源。另外，將安排過多的串行作業(yè)合理調(diào)整為并行作業(yè)，減少關(guān)鍵路徑上的串行活動，關(guān)鍵路徑上的作業(yè)和任務(wù)工期可以得到縮短，那么項目的整體工期也會相應(yīng)地縮短。

其次，進(jìn)度優(yōu)化體現(xiàn)在對進(jìn)度風(fēng)險的管理上，主要包括風(fēng)險識別、可能性和后果分析、應(yīng)對策略制定三部分。作為研發(fā)性和工程性兼而有之的項目，為保證項目的順利開展和執(zhí)行，對影響進(jìn)度的風(fēng)險因素進(jìn)行預(yù)判和識別，可減少和避免影響進(jìn)度的情況發(fā)生。識別和評估可能會影響進(jìn)度的各類因素，包括技術(shù)風(fēng)險、執(zhí)行風(fēng)險、組織管理因素、資金因素、環(huán)境因素等，如設(shè)計方案變更、技術(shù)和工藝的不確定性、人員、材料、設(shè)備等資源配備不足、管理疏漏以及客觀環(huán)境。風(fēng)險因素識別后，對這些因素進(jìn)行定性和定量分析，借助專家建議法、多人評估、歷史信息等方法可以有效地對潛在的風(fēng)險因素發(fā)生的概率和對項目的影響做出判斷。EAST 裝置自2006 年投入實驗運(yùn)行以來，先后進(jìn)行了多輪維護(hù)改造工作，那么借鑒以往維護(hù)改造過程中發(fā)生頻率較高的事例和工程經(jīng)驗，科學(xué)預(yù)判并針對不同因素可能發(fā)生的概率和影響進(jìn)度的程度進(jìn)行定義和分級，有的放矢地制定應(yīng)對預(yù)案和措施，最大限度地減少客觀因素對進(jìn)度的影響，助力項目順利執(zhí)行。

2.進(jìn)度的動態(tài)控制

項目計劃制定和優(yōu)化完成后，進(jìn)度管理并沒有結(jié)束。在項目執(zhí)行過程中，由于外部環(huán)境對項目進(jìn)度的執(zhí)行產(chǎn)生的影響具有不確定性，為確保項目進(jìn)度按期進(jìn)行，對項目的動態(tài)管理是進(jìn)度管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過橫道圖比較法、S 形曲線比較法、香蕉曲線比較法等動態(tài)控制法，可將項目執(zhí)行過程中施工執(zhí)行完成情況與計劃目標(biāo)應(yīng)完成情況進(jìn)行對比。圖5 為P6 軟件進(jìn)度計劃動態(tài)控制路線圖。

圖5 P6 軟件進(jìn)度計劃動態(tài)控制路線圖

在EAST 性能提升項目執(zhí)行過程中，項目團(tuán)隊實行每日晨會及周一匯報制度。各課題負(fù)責(zé)人匯報并提供一周內(nèi)課題實際完成情況進(jìn)度，進(jìn)度管理人員匯總后，在P6 軟件上對出現(xiàn)偏差的作業(yè)進(jìn)行修正，軟件自動計算出該調(diào)整對后續(xù)項目施工的影響，進(jìn)度計劃更新方便快捷，不僅有助于減少進(jìn)度管理人員的工作量，而且將P6 中的原始進(jìn)度計劃和實際進(jìn)度進(jìn)行對照，通過軟件圖表可視化的功能，可以直觀獲取實際橫道圖與目標(biāo)橫道圖的對比情況，清晰展現(xiàn)各項工作的實際進(jìn)展情況，當(dāng)項目現(xiàn)場實際施工進(jìn)度與進(jìn)度計劃之間出現(xiàn)偏差時采取相應(yīng)的糾正偏差的措施，消除實際進(jìn)度與施工計劃之間的偏差，防止出現(xiàn)偏差的累計。當(dāng)實際進(jìn)度與原始進(jìn)度出現(xiàn)較大偏差時，采用必要的改進(jìn)方案，使得項目總工期得到實質(zhì)性保障[7]。

四、結(jié)語

在EAST 性能提升項目階段性完成的基礎(chǔ)上，裝置已完成新一輪的實驗，在2021 年5 月實現(xiàn)100 秒1億度高溫等離子體的穩(wěn)定運(yùn)行，2021 年12 月成功實現(xiàn)1056 秒長脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，這是目前世界上托卡馬克裝置實現(xiàn)的最長時間高溫等離子體運(yùn)行?？偨Y(jié)EAST 性能提升項目執(zhí)行過程中，充分做好前期進(jìn)度管理資料和信息的收集與準(zhǔn)備工作，合理編制進(jìn)度計劃，持續(xù)優(yōu)化進(jìn)度計劃的可行性，科學(xué)預(yù)判與分析進(jìn)度風(fēng)險因素，實時動態(tài)監(jiān)控和管理進(jìn)度，并采取相應(yīng)的糾正偏差和預(yù)防的措施，對本項目進(jìn)度目標(biāo)的實現(xiàn)完成起著重要的作用，同時，暢達(dá)的溝通機(jī)制、合理有序的組織和執(zhí)行、切實可行的精細(xì)化管理，為項目的如期完工提供了必要保障。本項目實施經(jīng)驗可為同類型項目提供一定的借鑒和參考。[本文系合肥國家綜合科學(xué)中心EAST 性能提升項目的研究成果。]