核电数字化分布式仪控系统研制进度风险管理研究

 

第一章 绪论

 

1.1 研究背景与意义

分布式控制系统（Distributed Control System, DCS）是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通讯网络为纽带的多级计算机系统，又称为集散控制系统[1]。DCS 于 1975 年起源于美国，我国从 80 年代中后期开始，逐步在石化行业推广使用此系统。在核电行业，从起步阶段就在秦山一期开始尝试应用，并在汽轮机电液控制系统改造中采用了专用的 DCS 系统。分布式控制系统是核电厂的“神经中枢”，其功能是实时监控核电站运行过程中的各个参数，包括对核反应堆进行保护和控制等，对于保证核电站安全可靠、稳定运行发挥着非常重要的作用。依据核电厂所采用的核电技术不同，即反应堆类型不同，核电厂所采用的DCS 设备也有所不同，如表 1-1 所示。核电站所用的分布式控制系统分为两种，分别是安全级分布式控制系统和非安全级分布式控制系统。通常情况下，核电站的单元机组包括三个子系统，分别为核岛 DCS 系统、常规岛 DCS 系统以及辅控岛 BOP-DCS 系统。其中，只有核岛DCS 系统的安全等级为 1E 级，其他两个系统的安全等级均为 NC 级。DCS 系统在我国在建核电厂的应用情况如表 1-2 所示。由于国外采购 DCS 系统存在成本昂贵，管理接口复杂，知识产权保护困难等问题，经过引进、吸收和再创新，我国产生了一批本土的 DCS 研发生产企业，包括上海新华、北京和利时、浙江中控、国电智深等。我国自主 DCS 产品最早使用在秦山二期常规岛，是由北京和利时提供产品和服务，是国内首套真正意义上的核电 DCS 系统。田湾核电站是国内首个引进全部数字化仪控系统的核电站，分别采用的是德国西门子的 TXP 系统和法国阿海珐公司的 TXS 系统。核电站工程项目的建设从场地选址、土建施工，到设备采购、调试直至最后的投入商业运行，历史时间长、耗资巨大。核电站建设投资费用平均在百亿元人民币，DCS 系统的研发进度直接影响到为核电站的供货，据文献记载，无论是芬兰的 EPR 核电站、法国的 N4 型核电站，或是国内的福清核电 1 号机组、方家山核电 1 号机组的 DCS 系统供货均产生了延期问题，造成了严重的经济损失，只有岭澳二期的 DCS 系统是国内外首例实现了提前三个月供货[4]。如在实际建设中发生核电 DCS 系统供货延期，则每日仅利息一项就要造成核电站的百万元损失。因此，对核电数字化分布式仪控系统研制的进度风险管理研究具有非常重要的现实意义。本文主要通过对于进度控制中可能产生的各种风险因素进行量化分析，从而起到风险预警作用，在实际项目中可以积极的规避风险和转移风险，确保核电数字化分布式仪控系统研制进度的可控性，最终满足为核电站的供货进度要求，减少经济损失。

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1.2 国内外研究现状

风险管理的发展历程可被划分为三个阶段，分别为 18 世纪中期-20 世纪五十年代的萌芽阶段；20 世纪五十年代-1975 年的形成阶段；20 世纪七十年代至今的发展阶段。随着十八世纪工业革命的出现，社会生产力得到了空前的发展，与此同时，人们对于安全管理的意识得到了增强，因此，在著作《一般管理与工业管理》一书中，亨瑞 法约尔（Henri Fayol）作为法国管理学的创始人首次正式提出，应该将风险管理的思想应用到企业的经营管理中，企业的重要管理职能之一就应是风险管理[5-6]，但风险管理并没有形成完整的体系制度[7]；“风险管理”一词是在 1952 年由美国学者格拉尔(Russell B. Gallagher)首次在《费用控制的新时期——风险管理》的调查报告中提出。此后，正式树立了风险管理的概念[8-9]。20 世纪 60 年代风险管理开始正式成为一门独立的学科。1953 年 8 月 3 日，美国通用汽车公司发生了造成 5000 万美元巨额损失的自动变速装置失火事故。由此，风险管理科学开始引起美国各界的高度重视，成为该科学发展的开端[5]，随后风险管理逐步在美国发展成为一门独立的学科。1963 年，在著作《企业的风险管理》一书中，梅尔(Mehr)和赫奇斯(Hedges)系统阐述了企业风险管理的相关理论。该理论体系为日后风险管理科学的发展指明了方向并产生了重要影响，而著作《企业的风险管理》也成为了风险管理领域影响最为深远的历史文献之一。1975 年以前，在美国都是采用保险的方式来解决风险管理问题，当美国风险与保险管理协会（Risk and Insurance Management Society，简称 RIMS）于 1975年成立之后，开启了风险管理的新阶段，开始了按照风险管理的方式处置风险，真正转变了以往对于风险问题的解决方式[5]。1987 年，联合国出版了题为《发展中国家风险管理的推进》的研究报告，该报告开启了发展中国家积极研究风险管理的新阶段。

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第二章 核电数字化分布式仪控系统研制项目的进度风险管理特点

 

在核电厂设计过程中，核电厂 DCS 系统是非常重要的一环，DCS 系统主要用于监测核电站各操作系统的运行数据，集中反馈到主控室操作台，直接关系到核电厂正常运转和事故工况下的安全。本章主要介绍了核电厂 DCS 系统的基本情况，核电厂 DCS 系统研发项目的进度管理模式和产品研制流程，最后基于核电厂DCS 系统项目特点，研发模式与流程，总结归纳出了核电厂 DCS 系统研制项目进度风险管理的特点。

 

2.1 核电数字化分布式仪控系统基本情况介绍

数字化分布式仪控系统是以微处理器为构成基础的仪表控制系统，其显著特点是分散控制、集中显示操作。该系统通常可分为多层级，每层布置多台计算机分别控制生产过程中的各项工艺和控制回路，并将计算机获取的数据进行集中显示、管理和控制。位于不同层级的计算机进行分散控制可有利于提高数字化分布式仪控系统的可靠性，因系统为多层级的计算机控制多回路结构，其中若单个回路产生故障不会影响其他回路的正常工况，且某单一层级的计算机控制出现故障同样不会影响下一层级的控制功能。最基本的 DCS 系统是以通信网络为连接纽带，主要由过程控制级和过程监控级组成的多层级计算机系统，系统的设计思想是基于 4C 技术，即计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)。DCS 系统具有高可靠性、开放性、灵活性、协调性和易于维护等特点。最基本的 DCS 系统通常包括四个组成部分，分别是现场控制站、操作员站、工程师站以及系统网络，如图 2-1 所示。DCS 系统的基本层次架构如图 2-2 所示。

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2.2 核电数字化分布式仪控系统研制开发流程

核电数字化分布式仪控系统的研制可按照工作顺序划分为四个阶段，分别为需求分析阶段、设计阶段、制造阶段以及测试阶段。其中，设计阶段又可分为初步设计阶段和详细设计阶段。制造阶段又可分为硬件制造、软件设计、系统的软件验证与确认（VerificationandValidation,简称 V&V）、机柜装配和系统集成等五个环节。核电DCS系统开发流程和各阶段具体工作内容分别如图2-4和表2-2所示，在此仅对开发流程中的重点阶段和环节进行阐述。需求分析阶段，确定需要遵循和参照的核安全法规、导则以及设计标准，明确系统所应实现的功能和安全要求。系统初步设计阶段，明确产品的基本框架和结构设计。系统详细设计阶段，明确系统中板卡的电路设计以及代码设计方案。系统的软件 V&V 验证环节，旨在客观、系统地测试和评价平台软件的质量，验证平台软件是否满足研制合同书、需求文档的要求以及满足程度，并最大限度地发现软件的问题，力保平台软件功能、性能的正确性和可靠性。在单项板卡完成质量检验测试后，即进入系统集成阶段，将各项板卡按照要求组装成系统平台，以备进行系统的各项试验测试。测试阶段，按照核安全法规和安全导则的规定，核电仪控系统设备必须经过抗震试验、电磁兼容性（EMC）试验以及系统老化试验的测试。核电 DCS 系统在科研阶段所研发出的产品与实际核电厂所要求的工程应用产品的具体功能存在差异，因此必须经过搭建工程样机，进行各项功能的细化改进和调试，以验证所研发的产品是否能够满足核电厂实际应用。

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第三章 核电数字化分布式仪控系统研制项目的进度风险源的识别与分析.....29

3.1 核电数字化分布式仪控系统研制项目的进度风险源的识别与分类 ........29

3.1.1 核电数字化分布式仪控系统研制项目进度风险识别 .........29

3.1.2 核电数字化分布式仪控系统研发项目的进度风险分类 ......33

3.2 核电数字化分布式仪控系统研制项目的进度风险源的定性分析 ..........35

3.3 核电数字化分布式仪控系统研制项目的进度风险源的定量分析 .........37

3.4 核电数字化 DCS 仪控系统研制进度风险定量计算结果分析 .....56

3.5 本章小结 ......57

第四章 核电数字化分布式仪控系统研制项目的进度风险管理规划与案例验证.......59

4.1 核电数字化分布式仪控系统研制项目的进度风险管理的基本思路 ........59

4.2 核电数字化分布式仪控系统研制项目的进度风险管理方法 ....61

4.3 核电数字化分布式仪控系统研制项目进度风险管理案例分析 ............67

4.3.1 案例背景 ............67

4.3.2 风险评价模型及管控措施的准确性验证 ........68

4.4 本章小结 .......71

第五章 结论与展望.......73

5.1 主要工作内容和结论 .......73

5.2 展望...........74

 

第四章 核电数字化分布式仪控系统研制项目的进度风险管理规划与案例验证

 

结合已经识别出的核电数字化分布式仪控系统研制项目的八类进度风险，依据最终计算得出的权重系统，将八类进度风险划分为高等级风险、中级风险和低级风险，分别针对一级风险因素和二级风险因素给出具体的管理方案。针对核电数字化分布式仪控系统研制项目进度管理与风险管理两者分离的管理现状，结合核电数字化分布式仪控系统研制项目进度风险评价指标体系，将进度风险按等级分类来进行分类管理，将高等级风险和中级风险纳入到进度计划的管理中，改进核电数字化分布式仪控系统研制项目进度风险管理过程。

 

4.1 核电数字化分布式仪控系统研制项目的进度风险管理的基本思路

针对目前核电数字化分布式仪控系统研制项目进度风险管理中存在的问题，结合项目进度风险管理特点，本文提出了该项目进度风险管理的新思路，对核电数字化分布式仪控系统研制项目进度风险管理的基本思想如下图 4-1 所示，主要分为下面几个过程：根据核电数字化分布式仪控系统研制项目的特点、研制流程及科研项目管理模式，采用沙盘推演和调查问卷相结合的方法，建立核电数字化分布式仪控系统进度风险清单。通过采用专家打分法的定性分析与模糊层次分析法的定量分析相结合的方法，基于核电数字化分布式仪控系统研制项目进度风险清单，权衡风险对项目进度的影响程度，分析系统研发过程中关键的进度风险因素，建立核电数字化分布式仪控系统研制项目进度风险评价指标体系。

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结论

 

本文以核电数字化分布式仪控系统研制进度风险管理为研究对象，以做好进度风险管理为目标，制定出具体的风险管理预案，综合运用调查问卷、专家打分法和模糊层次分析法等项目管理方法，对进度风险进行了识别、分析与控制。主要工作体现在以下四个方面：

（1）总结了核电数字化分布式仪控系统研发项目进度风险管理的特点。结合核电数字化分布式控制系统研发项目的特点，开发流程及进度管理模式，归纳总结出本研发项目的进度风险特点，即开发周期长、技术难度大、不确定性因素多等。

（2）将沙盘推演方法应用于风险识别过程中。沙盘推演是一种新型的风险管理措施，主要针对新工艺、新设备、新材料等项目进行风险管理评估，中核集团将其广泛应用于重点科研项目前期策划阶段，对项目进度风险进行识别和制定管理预案。沙盘推演法区别于以往的头脑风暴法和专家打分法，该方法是从供货范围及接口描述、机构及资源配置、样机鉴定情况、供应链和采购控制、设计管理、工艺管理、计划管理、产能分析、经验反馈、差异分析以及风险分析等 11个方面对科研项目进行整体评估。

（3）识别并分析了影响核电数字化分布式仪控系统研发项目的关键风险源。根据核电数字化分布式仪控系统研发项目的进度风险管理涉及到的因素，设计了调查问卷，并对国内现有以核能电力开发为核心业务的中国核工业集团、中国广东核电集团以及国家电力投资集团的相关从业人员进行了调研，共获得有效问卷 33 份。通过使用沙盘推演和使用调查问卷相结合的方法，建立了核电数字化分布式仪控系统研发项目的进度风险清单，最终得到了技术风险、人员风险、质量风险、采购风险、沟通风险、资金风险、外部风险以及组织管理等八大类共计 25项影响核电数字化分布式仪控系统研制进度的风险因素。用模糊层次分析法对进度风险要素进行了定量分析，确定了各风险因素的权重，得到了核电数字化分布式仪控系统研发项目的进度风险评价指标体系。

（4）通过研究和对比，明确了模糊层次分析法较层次分析法（AHP）在计算和使用上的优越性，简化了数学模型建立和计算流程的同时，提高了计算的可靠性，确保了研究结果的科学性。建立了核电数字化分布式仪控系统研发项目的全生命周期的进度风险管理框架。针对研发项目各阶段的工作任务和进度风险的不同，提出了核电数字化分布式仪控系统研发项目的各阶段对于进度风险管理的内容、措施及管理原则。

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参考文献（略）