核電廠儀控系統(tǒng)工程管理研究

上海核工程研究設計院股份有限公司 王傳輝

系統(tǒng)工程是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的一種跨學科方法，該工程主要專注于客戶需求和功能性，在考慮進度、運行、試驗，以及成本等問題時，展開設計綜合與系統(tǒng)確認。裁剪優(yōu)化生命周期流程，有效管理儀控系統(tǒng)需求，有助于應對核電廠儀控系統(tǒng)升級優(yōu)化帶來的挑戰(zhàn)，本文主要探討核電廠儀控系統(tǒng)工程的管理路徑。

1 生命周期階段

核電廠在啟動“儀控系統(tǒng)”提升工程前，應先建立一套系統(tǒng)的、科學的LCA 規(guī)劃，對生命周期的各個階段進行科學的定義和區(qū)分，獲取最優(yōu)的工程技術架構，提煉出對外交流和組織管理的協(xié)作關系。

1.1 系統(tǒng)工程流程

通常在系統(tǒng)生命周期中，會對系統(tǒng)工程中的14個技術流程進行界定，具體包括：任務或者業(yè)務分析、架構界定、利益相關主體需求界定、系統(tǒng)需求界定、系統(tǒng)實現(xiàn)、集成整合、設計界定、確認、驗證、系統(tǒng)實現(xiàn)、維護、轉移交付、運行，以及退出等[1]。

1.2 升級項目流程裁剪

對項目采購與供貨管理流程、法律規(guī)范等進行綜合考慮，需要合理化裁剪生命周期技術流程。圖1為安全儀控系統(tǒng)升級生命周期全過程，需要特別關注的是整個過程要有一個完整的體系，因此不能再被單獨列出；根據(jù)系統(tǒng)的特性，將其劃分為界面、軟件和硬件三大部分；在整個軟件開發(fā)過程中，驗證和證實是一個始終貫穿于整個軟件開發(fā)過程的需求，其主要體現(xiàn)在硬件測試、系統(tǒng)調試、軟件測試和界面調試等各個環(huán)節(jié)上。雖然每個過程都有一定的邏輯和時序，然而，該時序并非精準描述，主要是由于系統(tǒng)實現(xiàn)期間對迭代、遞歸進行了反復應用。

圖1 安全儀控系統(tǒng)升級生命周期全過程

2 需求管理

在一個特殊的情況下，目標體系包括目標群體的確定和期望的確定，目標群體的準確轉換，系統(tǒng)需求的精確完成。

2.1 利益相關方識別和分級

一般劃分項目利益方為系統(tǒng)業(yè)務流程相關主體、全生命周期參與主體及外部相關主體，表1為安全級儀控系統(tǒng)在優(yōu)化升級后的利益主體識別結果[2]。

表1 安全儀控系統(tǒng)在優(yōu)化后的利益主體識別結果

根據(jù)影響力與興趣度，將被辨識的利害關系人分為四個層次：低低、中高、低高、高低。影響是指各利益主體對系統(tǒng)和項目的影響程度，而關聯(lián)度則是各主體對系統(tǒng)和項目的參與度。在確定了各個利害關系人之后，根據(jù)各個利益相關方在整個壽命周期中的影響和利益，對利益相關方分級矩陣進行創(chuàng)建。

2.2 利益相關方需求

利益相關方的需要是在一定的條件下，各利害關系人對目標體系的作用的預期，他們的需要可以是概括的，也可以是含糊的，其中可能存在一些矛盾和沖突，也可能存在許多的隱患，因此，想要捕捉到這些需要，往往需要花費不少的時間和精力，更別說是專門的技能更為重要。

2.3 系統(tǒng)需求管理

第一，需求收集。需求收集是需求管理的第一步，主要包括從項目干系人、用戶、供應商、行業(yè)標準、市場需求等多個來源收集需求。在核電廠儀控系統(tǒng)中，需要特別注意收集安全、性能和可靠性等方面的需求。第二，需求分析。在收集到所有需求后，需要進行詳細的分析，包括對需求的完整性、準確性和可行性的評估。在這一階段，需要確定哪些需求是核心的，哪些是可協(xié)商的，以及哪些可能對項目的范圍、成本和時間產(chǎn)生重大影響。第三，需求規(guī)格書編制。在需求分析的基礎上，需要編制詳細的需求規(guī)格書。規(guī)格書應包括所有收集和分析的需求，并明確表述系統(tǒng)應具備的功能、性能和約束條件。在核電廠儀控系統(tǒng)中，需求規(guī)格書應特別強調安全和性能方面的要求。第四，需求驗證與確認。需求驗證與確認階段需要確保所有的需求都是明確的，且是可測試的。同時，應通過與干系人和用戶的溝通，確保他們對需求的理解是正確的。在核電廠儀控系統(tǒng)中，此階段尤其重要，因為其涉及安全運行的核心問題。第五，需求變更管理。在項目執(zhí)行過程中，可能會出現(xiàn)需求的變更。因此，需要對變更進行有效地管理，包括識別變更、評估變更的影響、確定變更的優(yōu)先級，以及跟蹤變更的實施情況。第六，需求跟蹤與審計。為了確保所有的需求都得到滿足，需要進行需求的跟蹤與審計，包括對需求的實現(xiàn)情況進行跟蹤，以及定期對項目進行審計，以確保沒有遺漏任何需求。第七，需求與設計接口管理。在設計與實現(xiàn)階段，需要確保所有的需求都得到滿足。這需要對需求與設計之間的接口進行有效地管理，包括確保設計符合需求，以及在出現(xiàn)偏差時及時進行調整。第八，需求與測試接口管理。測試階段是確保系統(tǒng)滿足需求的最后一道防線。因此，需要確保測試計劃和測試用例都是基于需求的。同時，在測試過程中發(fā)現(xiàn)的問題，需要進行跟蹤和調整，以確保問題得到解決并滿足需求。第九，需求與項目接口管理。項目管理的其他方面（如時間管理、成本管理等）也需要與需求管理相協(xié)調。例如，需求的變更可能需要調整項目計劃和預算。因此，需要確保項目管理與需求管理之間的接口得到有效地管理。

3 MBSE 應用

所謂MBSE，就是以模型為基礎的系統(tǒng)工程，該工程在大型系統(tǒng)項目內被廣泛應用，不僅提供在技術衡量標準中應用的信息，還要提供在管理衡量標準中應用的信息。相比以往文件系統(tǒng)方式，MBSE 具有更強的產(chǎn)品信息分析、獲取與共享管理能力，具體表現(xiàn)為：一是增強利益相關主體的交流溝通，跨學科專業(yè)、管理與技術人員間在共同模型的交流溝通，可在很大程度上降低信息傳遞時所導致的流失率；二是可以從多視圖、多角度觀察模型，在很大程度上提升了其分析變更影響與系統(tǒng)復雜性應對能力；三是建立無歧義精準模型，能夠有效評估模型正確性、一致性以及完整性，繼而使產(chǎn)品質量得以提升。

3.1 基于模型的系統(tǒng)工程

在項目的前期工作中，建立了項目的初步需求庫和項目的功能與物理模型，并在此基礎上給出了功能、尺度和界面約束的可視化視圖。核電廠儀表控制系統(tǒng)更新的特點是，其在工程實踐中往往要受制于設備改造之前的各種硬性要求，如機柜散熱、機柜尺寸、供電方式和布局、模具的尺寸、信號接口的方法等。此外，系統(tǒng)需求環(huán)節(jié)，以初始需求數(shù)據(jù)庫、功能模型以及物理模型為基礎，分解與分析需求，創(chuàng)建設計基線，明確注意所用相關模型和設計基線的彼此檢驗，若情況必要，需要對迭代過程進行重復應用。設計環(huán)節(jié)，通過正規(guī)化建模與開發(fā)設計工具實施模件開發(fā)、架構設計、軟件研發(fā)以及接口開發(fā)等。元素實現(xiàn)、集成測試，以及元素設計過程中，通過仿真系統(tǒng)進一步提升測試元素、系統(tǒng)與接口的深度。此外，在安裝、調試，以及運維過程中，選擇模型數(shù)據(jù)對工作程序、計劃等進行校核，輔助做好虛擬維護工作，圖2為核電廠儀控系統(tǒng)MBSE示意圖。

圖2 核電廠儀控系統(tǒng)MBSE 示意圖

3.2 仿真、建模和原型

原型、建模，以及仿真在核電廠儀控系統(tǒng)MBSE 中的應用比較多，MESE 對仿真與模型技術進行應用過程中，需要遵循以下原則：一是通過不同類的仿真模型為系統(tǒng)分析、設計、規(guī)范以及驗證等提供支持，通過仿真模型精度與類型對預期用途產(chǎn)生決定性作用；二是各模型與仿真必須是標準的、正規(guī)的，模型在系統(tǒng)結構與行為表達方面要保持一致性；三是一定要有效管理模型與仿真，必須包含但不限于管理中的持續(xù)校正、版本控制、變更控制等。

4 制約系統(tǒng)工程應用的相關因素

第一，管理制約沖突。核電廠儀控系統(tǒng)一方面包含界定技術流程，另一方面包含管理流程、項目規(guī)劃。部分過程會對技改流程、企業(yè)組織結構、合同流程等產(chǎn)生直接的影響，為了消除上述矛盾，需要科學、合理地運用剪裁工具，對系統(tǒng)流程進行剪裁，保證它符合現(xiàn)有的管理體制，同時也需要尋找更高層次的管理支撐。如果能夠恰當?shù)孛獬龥_突的影響，還可以改善現(xiàn)行的管理系統(tǒng)。第二，企業(yè)間和企業(yè)間的協(xié)同。本質上，MBSE 需要實現(xiàn)企業(yè)間的基礎設施共享、信息共享和技術共享，因此，在此基礎上進行協(xié)同工作顯得尤為重要。核電廠的其他部分往往不愿意過多介入或提前介入，缺乏對需求發(fā)掘的合作動力。在不同的機構、不同的企業(yè)之間進行合作，往往需要更多的系統(tǒng)和更多的資源來進行合作。第三，額外成本與工期。尤其是革新初期或者最初實踐過程中，系統(tǒng)工程往往會導致技術與管理模式的改變，這樣一來，時間和費用都會隨之增加。但是，當這種方式在集團公司乃至整個產(chǎn)業(yè)中的運用和普及時，將會顯示出它的優(yōu)越性。

5 結語

在核電廠中，為了應對儀表控制系統(tǒng)的更新，采用了一種新的工藝手段，即精簡和優(yōu)選，將目標系統(tǒng)分為12個階段，在此基礎上，從兩個層面和三個層面對不同的利益主體進行辨識，構建基于全壽命周期各個節(jié)點的利益關聯(lián)關系矩陣，對各個利益主體進行逐級的分解和細分，從而得到一個準確、有效的系統(tǒng)需求集。完成需求模型的建立和維持，建立和完善的需求確認方案，追蹤需求的整個過程，從而達到高效合理的需求管理目標。同時，要清楚地認識到，在實施中，由于多種因素的作用，能夠有效地解決現(xiàn)有的約束條件，從而更好地利用系統(tǒng)工程的優(yōu)點。