淺談EAS T 裝置性能提升項目進度管理

文/方文慧 趙君煜（.中國科學院合肥物質科學研究院；2.中國科學技術大學）

一、引言

全超導托卡馬克裝置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST)是目前國際上能開展先進穩態托卡馬克科學和工程技術研究最先進的實驗裝置，它的目標就是針對近堆芯等離子體穩態先進運行模式的科學和工程問題。其主體結構如圖1 所示。在EAST 上可以對平衡/穩定性、約束/輸運、波加熱、高能粒子、第一壁等科學問題開展理論和實驗研究[1]。

圖1 EAST 全超導托卡馬克裝置

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，核聚變大科學工程團隊在EAST 裝置物理實驗運行中取得了一系列創新成果。2017 年實現了穩定的101.2 秒穩態長脈沖高約束等離子體運行世界紀錄。2018 年和2019 年實現高約束、高密度、高比壓的完全非感應先進穩態運行模式和電子溫度1億℃等離子體運行[2]。EAST 裝置服役以來成果卓著，但是基于未來穩態高約束運行模式發展需求，以現有EAST 實驗裝置條件已到了瓶頸階段，加熱系統及內部部件已達其性能瓶頸。為了實現更高的科學目標，保持EAST 研究能力的世界領先地位，亟須對現有EAST 裝置進行性能提升，為此中國科學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項目，其科學技術意義重大深遠，具備建設規模大、投資高、運行和使用周期較長的特點，且在項目建設過程中需要研制大量的非標設備，多學科、專業交叉，技術綜合、復雜程度高，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順利實施，對項目進度計劃進行合理編制和科學優化，并在項目執行過程中做到動態控制，是項目全流程管理中的重要環節。本文以進度管理相關理論和研究成果為基礎，借助主流項目管理軟件Primavera P6，對大科學裝置工程進度管理進行有益探索，以實現項目進度管理和執行的有效、合理。

二、進度計劃的編制

1.進度管理軟件的采用

進度計劃的優化和動態控制，是指對工程工期、資源和費用的綜合優化與控制，其內容復雜且具有較高難度，采用先進的項目管理軟件有助于實現高效的管理。美國PSI（Primavera System Inc.）公司在2008 年被Oracle 公司收購前，已有25 年專業級項目管理軟件研發歷史，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，在我國很多行業和領域內也有著大量的使用者。其目標是為工程建設、能源、制造、高科技、IT、航空航天、國防等領域提供專業服務。P6 軟件的項目、項目群、項目組合的優先級排列、計劃編制、管理與執行等功能，可以為項目管理提供強大的工程解決方案[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EAST 性能提升項目進度計劃編制—跟蹤—動態控制—調整的進度管理模式。

2.進度計劃的編制準備工作

EAST 性能提升項目涵蓋15 個一級課題，其維護改造的范圍和內容都較繁雜，在制定具體可實施的項目進度計劃前，做好細致和詳細的項目內容、信息收集和任務分解等工作是非常重要的。在項目正式施工和執行前，項目管理團隊依據《EAST 性能提升總體方案》，多次組織會議對15 個一級課題的任務進行了總體規劃和安排，并由一級課題負責人負責組織對所承擔的課題做整體任務分解和管理，分解完成后由二級課題負責人做進一步詳細的進度計劃編制和執行。

鑒于以上情況，采用工作分解結構(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系，只有準確和全面進行工作結構分解，才能進行精確的進度計劃制定[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構編碼和層次化排列，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化和編制，明確責任范圍和落實方案，便于進度監控和管理。它處于計劃過程的中心，是制定項目進度計劃的重要基礎。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度進行分解，自上而下、從大到小地逐級分解，從而通過不同層級的分解，合理清晰準確地反映項目總體結構框架、各課題內部分級和結構。EAST 性能提升項目整體WBS 示意、電子回旋系統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，即不必把結構強制做成對稱的。當該課題達到一個層次時，滿足課題任務可分解完成的要求和工期準確性的估算即可。

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

（3）成果可交付導向原則。實現項目整體工期滿足目標進度工期的要求，每項任務的工期都應易于估算且在可接受期限內，狀態和完成情況是可以量化的，即明確定義任務的開始時間和結束時間。

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

（5）建立項目的編號系統，確保每項任務的標號的單獨性和唯一性。

3. 編制項目進度管理計劃

EAST 性能提升項目WBS 建立完成后，需要編制詳細可執行和追蹤的進度管理計劃，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的定義。在WBS 節點下可以增加指導項目具體工作內容的任務和作業，也就是項目的基本工作單元。按照EAST 性能提升項目的情況，進度計劃一般分為4 個層次進行編制與管理，即由上而下逐級分成項目、系統、子系統、任務（作業），即把項目分解成系統，系統又細化為子系統，子系統再分解成一項項任務或作業，即：項目→系統→子系統→任務（作業）。每個層次的作用不同，第一層次的項目起宏觀控制作用，第二層次的系統是綜合協調，第三層次的子系統為實施控制，最底層的任務（作業）為具體實施和執行。作業活動作為項目施工計劃編制的最小單位，要求描述準確、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）創建項目日歷和工作時間。項目日歷是指企業中每個項目獨立使用的日歷，僅當前項目可以使用，根據EAST 性能提升項目現場實際改造情況,項目采用6 天工作制,每天工作10 小時。

（2）增加作業。作業是項目的基本工作單元，是項目計劃中最詳細的工作量跟蹤，它包含所有要執行的工作的詳細信息，和完成項目所必須要發生的任務，可以是一項任務、事件或工作量。作業又分為以下六種類型，即任務作業、獨立式作業、開始里程碑、完成里程碑、配合作業及WBS 作業。在EAST 性能提升項目中，由各課題負責人依據課題任務和改造內容，對一、二級課題的作業進行劃分和定義，并明確和標注課題內重要里程碑作業。

（3）估算工期。作業工期根據圖紙設計工作量及計劃資源配置進行預估，同時要考慮施工團隊的施工能力定額、施工經驗、人員設備投入狀況、環境因素等[6]。EAST 性能提升項目，在工期預估階段已經綜合考慮了以上因素，并根據項目的實際狀況，將外協部件延遲、原材料和備品備件采購周期等客觀因素也一并涵蓋在內，在工期預估時適當地留有一定的時間裕度，以保證進度制定的計劃的合理和可行。

（4）建立邏輯關系和增加限制條件。邏輯關系表示作業間的依賴關系，在各工序之間加載邏輯關系和限制條件，是確定各作業之間的工序、組織之間的關系的重要步驟，是構成整體進度計劃的重要部分，通過邏輯關系可連接每項作業，從而保證項目整體進度計劃的可控性。建立邏輯關系后，根據CPM(關鍵路徑法)可計算出每道作業的開始時間和完成時間，邏輯關系的類型分為以下四種，即開始—完成（start—finish，SF）、完成—開始（finish—start，FS）、開始—開始（start—start，SS）、完成—完成（finish—finish，FF）,也可依據作業工序的客觀情況，添加延時周期的設置。限制條件是用戶強加的日期限制，用來反映無法建立在邏輯關系中的一些需求，一道作業可同時設置兩個限制條件，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。應用了限制條件后可以更精確地反映項目實際情況的進度計劃。

（5）進度計算。一般進度計算采用關鍵路徑法（CPM）來計算項目進度計劃，主要是依據作業的工期和邏輯關系進行計算，關鍵路徑是項目中最長的連續路徑，它決定了項目的完成時間，P6 軟件內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鍵任務是在編制完成項目進度管理計劃后, 將當前進度計劃與目標進度進行比對分析與評價，從而可獲知該計劃是否符合項目預期要求，如超前或者可滿足預期進度，可以將當前計劃設置為目標計劃并進行執行，如存在延后的情況，那么需要及時對編制的進度計劃做出調整。圖4 為EAST 性能提升項目內部部件系統進度計劃。

圖4 EAST 性能提升項目內部部件系統進度計劃

三、進度計劃的優化及動態控制

1.進度計劃的優化

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

其次，進度優化體現在對進度風險的管理上，主要包括風險識別、可能性和后果分析、應對策略制定三部分。作為研發性和工程性兼而有之的項目，為保證項目的順利開展和執行，對影響進度的風險因素進行預判和識別，可減少和避免影響進度的情況發生。識別和評估可能會影響進度的各類因素，包括技術風險、執行風險、組織管理因素、資金因素、環境因素等，如設計方案變更、技術和工藝的不確定性、人員、材料、設備等資源配備不足、管理疏漏以及客觀環境。風險因素識別后，對這些因素進行定性和定量分析，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險因素發生的概率和對項目的影響做出判斷。EAST 裝置自2006 年投入實驗運行以來，先后進行了多輪維護改造工作，那么借鑒以往維護改造過程中發生頻率較高的事例和工程經驗，科學預判并針對不同因素可能發生的概率和影響進度的程度進行定義和分級，有的放矢地制定應對預案和措施，最大限度地減少客觀因素對進度的影響，助力項目順利執行。

2.進度的動態控制

項目計劃制定和優化完成后，進度管理并沒有結束。在項目執行過程中，由于外部環境對項目進度的執行產生的影響具有不確定性，為確保項目進度按期進行，對項目的動態管理是進度管理的關鍵環節。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控制法，可將項目執行過程中施工執行完成情況與計劃目標應完成情況進行對比。圖5 為P6 軟件進度計劃動態控制路線圖。

圖5 P6 軟件進度計劃動態控制路線圖

在EAST 性能提升項目執行過程中，項目團隊實行每日晨會及周一匯報制度。各課題負責人匯報并提供一周內課題實際完成情況進度，進度管理人員匯總后，在P6 軟件上對出現偏差的作業進行修正，軟件自動計算出該調整對后續項目施工的影響，進度計劃更新方便快捷，不僅有助于減少進度管理人員的工作量，而且將P6 中的原始進度計劃和實際進度進行對照，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橫道圖的對比情況，清晰展現各項工作的實際進展情況，當項目現場實際施工進度與進度計劃之間出現偏差時采取相應的糾正偏差的措施，消除實際進度與施工計劃之間的偏差，防止出現偏差的累計。當實際進度與原始進度出現較大偏差時，采用必要的改進方案，使得項目總工期得到實質性保障[7]。

四、結語

在EAST 性能提升項目階段性完成的基礎上，裝置已完成新一輪的實驗，在2021 年5 月實現100 秒1億度高溫等離子體的穩定運行，2021 年12 月成功實現1056 秒長脈沖高參數等離子體運行，這是目前世界上托卡馬克裝置實現的最長時間高溫等離子體運行。總結EAST 性能提升項目執行過程中，充分做好前期進度管理資料和信息的收集與準備工作，合理編制進度計劃，持續優化進度計劃的可行性，科學預判與分析進度風險因素，實時動態監控和管理進度，并采取相應的糾正偏差和預防的措施，對本項目進度目標的實現完成起著重要的作用，同時，暢達的溝通機制、合理有序的組織和執行、切實可行的精細化管理，為項目的如期完工提供了必要保障。本項目實施經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中心EAST 性能提升項目的研究成果。]