壓水堆核電機(jī)組在役檢查進(jìn)度計(jì)劃編制與優(yōu)化

□徐玉虎 王偉國

一、研究背景

截至2020年12月底，我國大陸地區(qū)商運(yùn)核電機(jī)組達(dá)到48臺(tái)，總裝機(jī)容量為4,988萬千瓦，僅次于美國、法國，位列全球第三[1]。核電產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，核電與水電、火電、其他新能源的發(fā)電成本競爭越來越激烈。包含大亞灣1、2號機(jī)組和秦山1期核電機(jī)組等國內(nèi)首批商運(yùn)核電機(jī)組在內(nèi)，壓水堆機(jī)組占國內(nèi)在役商運(yùn)機(jī)組的96%。壓水堆核電機(jī)組在役檢查行業(yè)經(jīng)過三十多年的發(fā)展，檢測技術(shù)和裝置歷經(jīng)了國外引進(jìn)、消化吸收、自主研發(fā)的過程，目前國內(nèi)核電機(jī)組的在役檢查均由國內(nèi)專業(yè)技術(shù)服務(wù)公司自行承擔(dān)。

核電廠運(yùn)營方為提高企業(yè)經(jīng)營利潤，要求不斷優(yōu)化在役檢查項(xiàng)目的實(shí)施計(jì)劃，縮短大修的工期，提高機(jī)組的發(fā)電業(yè)績。另外，隨著我國的核電服役機(jī)組越來越多，近些年在役檢查工作的資源需求量也大幅增加。國內(nèi)各個(gè)機(jī)組大修計(jì)劃根據(jù)機(jī)組燃料損耗率、設(shè)備故障等問題會(huì)適時(shí)調(diào)整停堆大修的計(jì)劃時(shí)間，從而給大修在役檢查的計(jì)劃編排帶來很大的不確定性，而核島在役檢查對從業(yè)人員技能綜合素質(zhì)要求較高，且有核工業(yè)無損檢測持證要求，人員培養(yǎng)儲(chǔ)備需要較長時(shí)間，在短時(shí)人員需求大于供給的情況下，人力資源的合理配置也將影響在役檢查的計(jì)劃編排。因此，在役檢查計(jì)劃不斷的創(chuàng)新改進(jìn)和優(yōu)化就成為了核電運(yùn)維各方共同的迫切需求。

二、在役檢查進(jìn)度計(jì)劃的編制策略

(一)在役檢查進(jìn)度計(jì)劃的編制方法。

1.邏輯計(jì)劃圖。邏輯計(jì)劃圖是利用工作內(nèi)容和箭頭線組合共同表示工作流程，呈現(xiàn)為有向、有序的網(wǎng)狀圖形?？梢詭椭芾碚哐杆倮砬宕笮奁陂g各項(xiàng)在役檢查活動(dòng)之間的邏輯順序，表達(dá)任務(wù)構(gòu)成，并經(jīng)過進(jìn)一步計(jì)算，使得管理者能夠迅速找出決定大修進(jìn)度的關(guān)鍵路徑工作。

2.水位甘特圖。水位甘特圖作為邏輯計(jì)劃圖的補(bǔ)充，是以核電機(jī)組一回路水位圖作為基礎(chǔ)，將在役檢查各檢查項(xiàng)目根據(jù)水位圖的總體進(jìn)展用線條標(biāo)出各個(gè)項(xiàng)目的起、止時(shí)間和延續(xù)時(shí)間，從而可以清晰了解到在役檢查整體項(xiàng)目的時(shí)間分布、項(xiàng)目實(shí)施的需要的水位條件等。

3.人力直方圖。人力直方圖是在役檢查人力資源管理和計(jì)劃的重要工具，以日期為橫坐標(biāo)，以人員需求為縱坐標(biāo)，直觀顯示出每日所需要的人力資源數(shù)，可以清晰地看到人力資源的需求峰值，并可以迅速計(jì)算出項(xiàng)目實(shí)施需要的總?cè)斯ち考百Y源均衡指數(shù)，便于管理者預(yù)估人力資源需求。

(二)基于關(guān)鍵路徑法的工期優(yōu)化策略。關(guān)鍵路徑法是目前在役檢查進(jìn)度編制的最常用手段，可以幫助管理者找出直接制約機(jī)組大修工期長短的大修檢修項(xiàng)目，給管理者進(jìn)行工期的管控和資源的配置提供判斷依據(jù)。利用關(guān)鍵路徑法優(yōu)化大修工期的步驟如下。

1.首先將在役檢查大綱計(jì)劃進(jìn)行項(xiàng)目分解，其中涵蓋了配合在役檢查實(shí)施的維修和運(yùn)行操作工序。這些工序是在役檢查的前提和必要條件，從而保證了工作任務(wù)分解的系統(tǒng)性和完整性。

2.根據(jù)以往的項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，對在役檢查每項(xiàng)工作持續(xù)時(shí)間和邏輯關(guān)系進(jìn)行分析梳理，并畫出初步的邏輯計(jì)劃圖。

3.采用正推法依次計(jì)算每個(gè)項(xiàng)目的最早結(jié)束時(shí)間。例如對于項(xiàng)目i來說：

ES(i)=max{EF(j)}

(1)

EF(i)=ES(i)+ti

(2)

式中：j——項(xiàng)目i的直接前序項(xiàng)目；

ti——項(xiàng)目i持續(xù)時(shí)間；

ES(i)——項(xiàng)目i的最早開始時(shí)間；

EF(i)——項(xiàng)目i的最早結(jié)束時(shí)間；

EF(j)——項(xiàng)目j的最早結(jié)束時(shí)間。

所有分項(xiàng)目的最晚結(jié)束時(shí)間即為整個(gè)項(xiàng)目的持續(xù)時(shí)間，即總工期。

D=max{LF(1,2,3…,n)}

(3)

式中：D——整個(gè)項(xiàng)目的工期；

n——項(xiàng)目總數(shù)；

LF——項(xiàng)目的最晚結(jié)束時(shí)間。

4.采用反推法計(jì)算出每個(gè)項(xiàng)目最遲開始時(shí)間。例如對于項(xiàng)目i來說：

LF(i)=min{LS(k)}

(4)

LS(i)=LF(i)-ti

(5)

式中：k——項(xiàng)目i的直接后序項(xiàng)目；

LS(i)——項(xiàng)目i的最晚開始時(shí)間；

LF(i)——項(xiàng)目i的最晚結(jié)束時(shí)間；

LS(k)——項(xiàng)目k的最晚開始時(shí)間。

5.如果時(shí)間屬性最遲結(jié)束時(shí)間LF與最早結(jié)束時(shí)間EF，或者最遲開始時(shí)間LS與最早開始時(shí)間ES時(shí)間的差額TF為零，則該項(xiàng)工作在關(guān)鍵路徑上。所有項(xiàng)目時(shí)差為零的項(xiàng)目就組成了總工期的關(guān)鍵路徑。

TF=LS-ES=LF-EF=0

(6)

6.對于計(jì)算出的大修工期關(guān)鍵路徑項(xiàng)目進(jìn)行工期優(yōu)化。以往對于大修關(guān)鍵路徑的在役檢查項(xiàng)目都保證充足的人員以及24小時(shí)不間斷的工作，因此對關(guān)鍵路徑的在役檢查的項(xiàng)目優(yōu)化主要是從項(xiàng)目的邏輯關(guān)系展開分析，通過構(gòu)建平行作業(yè)和交叉作業(yè)，或者將工期較長的項(xiàng)目分解，通過改變局部的邏輯關(guān)系來壓縮項(xiàng)目的總工期?？偣て趯Ρ裙揭姽?7)。

ΔD=D″-D′

(7)

式中：ΔD——總工期的對比；

D′——優(yōu)化前的總工期；

D″——優(yōu)化后的總工期。

(三)基于資源優(yōu)化理論的人力資源優(yōu)化策略。資源優(yōu)化主要是滿足安全質(zhì)量、大修進(jìn)度工期的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整非大修工期關(guān)鍵路徑在役檢查的項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃，減少對資源的占用，提高資源的利用率。在役檢查資源優(yōu)化主要考慮的是人力資源投入，對人力資源的優(yōu)化策略分別為：

1.減少人力資源的使用總量。通過調(diào)整項(xiàng)目的實(shí)施的邏輯順序，使得項(xiàng)目實(shí)施前后銜接、持續(xù)緊湊，減少人員等待時(shí)間，從而減少資源的使用總量。在役檢查人力資源的使用總量用在役檢查實(shí)施投入的總?cè)颂鞌?shù)進(jìn)行衡量。

(8)

式中：Q——工期內(nèi)資源總量；

Ri——計(jì)劃第i天所需的資源量，其中i=1,2，…，D。

(9)

(10)

引入目標(biāo)函數(shù)ΔW來對比兩個(gè)計(jì)劃方案哪個(gè)資源均衡更優(yōu)。如ΔW<0說明調(diào)整后的資源分配比調(diào)整前更均衡，ΔW>0說明調(diào)整的資源分配不如調(diào)整之前的，ΔW=0說明調(diào)整前后的資源均衡是相同的，可以考慮不調(diào)整。

(11)

式中：ΔW——人力資源均衡系數(shù)的對比；

D′2——優(yōu)化前資源計(jì)劃的方差；

σ″2——優(yōu)化后資源計(jì)劃的方差。

(四)在役檢查計(jì)劃編制和優(yōu)化的流程。核島在役檢查進(jìn)度計(jì)劃編制是梳理核電機(jī)組年度在役檢查計(jì)劃中規(guī)定的在役檢查項(xiàng)目和核電廠內(nèi)外部經(jīng)驗(yàn)反饋的檢查項(xiàng)目，結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)手段、作業(yè)空間等情況估算出作業(yè)工期，根據(jù)以往的在役檢查實(shí)施經(jīng)驗(yàn)確定各項(xiàng)工作實(shí)施的順序，再匹配相應(yīng)的人力資源，制定出在役檢查的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)度計(jì)劃的過程。

在役檢查計(jì)劃優(yōu)化首先運(yùn)用關(guān)鍵路徑法進(jìn)行大修關(guān)鍵路徑項(xiàng)目的計(jì)算，對大修關(guān)鍵路徑項(xiàng)目進(jìn)行工期優(yōu)化，在大修工期最優(yōu)化的基礎(chǔ)下，再運(yùn)用資源優(yōu)化策略對非關(guān)鍵路徑項(xiàng)目的人力資源進(jìn)行優(yōu)化，最后進(jìn)行計(jì)劃優(yōu)化效果分析評價(jià)，驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果是否滿足大修工期的要求。

最終進(jìn)度計(jì)劃確定后，在役檢查承擔(dān)單位將最終的水位甘特圖和邏輯計(jì)劃圖匯總到核電廠大修的統(tǒng)一計(jì)劃中，并根據(jù)人力直方圖配置人員，建立以項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)制的組織管理機(jī)構(gòu)。在大修前組織各項(xiàng)目工作負(fù)責(zé)人進(jìn)行計(jì)劃交底和宣貫，確?，F(xiàn)場人員熟知并按照計(jì)劃開展工作。大修期間電廠計(jì)劃管理部門會(huì)通過統(tǒng)一的項(xiàng)目管理計(jì)劃軟件，隔離票管理系統(tǒng)對在役檢查項(xiàng)目的進(jìn)展進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，通過大修協(xié)調(diào)會(huì)、核島計(jì)劃會(huì)協(xié)調(diào)在役檢查與電廠其他部門接口關(guān)系，保障在役檢查項(xiàng)目按制定的計(jì)劃嚴(yán)格執(zhí)行。在役檢查進(jìn)度計(jì)劃編制和優(yōu)化的步驟流程如圖1所示。

圖1 在役檢查計(jì)劃編制優(yōu)化流程圖

三、某機(jī)組核島在役檢查進(jìn)度計(jì)劃編制和優(yōu)化實(shí)踐

以某核電機(jī)組的某次大修為例，此次大修執(zhí)行的任務(wù)包含了一回路主設(shè)備的所有在役檢查項(xiàng)目和一回路水壓試驗(yàn)等一些重大定期試驗(yàn)，項(xiàng)目眾多，項(xiàng)目之間關(guān)系也紛繁復(fù)雜。根據(jù)核島在役檢查進(jìn)度計(jì)劃編制和優(yōu)化的流程，首先運(yùn)用關(guān)鍵路徑法對經(jīng)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行計(jì)算得出，占用大修關(guān)鍵路徑的在役檢查項(xiàng)目為反應(yīng)堆壓力容器筒體檢查、核島射線檢查兩個(gè)項(xiàng)目。

對占用關(guān)鍵路徑的在役檢查項(xiàng)目進(jìn)行工期優(yōu)化。針對現(xiàn)有的反應(yīng)堆壓力容器檢查裝置的技術(shù)特點(diǎn)，將檢查項(xiàng)目細(xì)分，把下筒體環(huán)焊縫、底封頭環(huán)焊縫等超聲檢查工序提前到低低水位期間檢查，然后再提升到檢查水位進(jìn)行壓力容器接管以上部位的檢查。通過上述檢查邏輯調(diào)整，既可以滿足超聲探頭利用水耦合的技術(shù)要求，又有效地減少了2天大修關(guān)鍵路徑工期。針對核島低低水位期間射線檢查任務(wù)，通過檢查曝光量的計(jì)算和初排，射線檢查累計(jì)需要12晚的探傷時(shí)間。經(jīng)過對核島廠房的布局以及射線檢查技術(shù)特點(diǎn)的充分研究，將部分經(jīng)驗(yàn)反饋項(xiàng)目安排在卸料期間，可減少核島射線檢查占用關(guān)鍵路徑約3天的時(shí)間。經(jīng)過對大修關(guān)鍵路徑在役檢查項(xiàng)目進(jìn)行工期優(yōu)化，減少了在役檢查項(xiàng)目占用大修工期關(guān)鍵路徑約5天的時(shí)間。

ΔD=D″-D′=5天

(12)

在關(guān)鍵路徑在役檢查項(xiàng)目的工期優(yōu)化的基礎(chǔ)上，選取視頻檢查項(xiàng)目和蒸汽發(fā)生器一次側(cè)在役檢查項(xiàng)目等非關(guān)鍵路徑項(xiàng)目進(jìn)行人力資源優(yōu)化。反應(yīng)堆頂蓋被打開后吊到頂蓋間存放，最先具備檢查條件，而穩(wěn)壓器開孔后由于人孔比較小，內(nèi)表面水分揮發(fā)較慢，一般遲于頂蓋視頻檢查。蒸汽發(fā)生器一次側(cè)水室視頻檢查可以和蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流檢查并行交替進(jìn)行。堆內(nèi)構(gòu)件檢查項(xiàng)目安排在壓力容器檢查水位期間進(jìn)行，上述安排可以保證僅安排一組視頻檢查人員就可以滿足大修所有視頻檢查任務(wù)。蒸汽發(fā)生器一次側(cè)的四個(gè)項(xiàng)目前提條件需求各不相同，但都會(huì)占用蒸汽發(fā)生器的一次側(cè)人孔的工作位置，不能同時(shí)進(jìn)行。優(yōu)先安排進(jìn)行蒸汽發(fā)生器一次側(cè)進(jìn)出口接管焊縫射線檢查，而后交叉進(jìn)行蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流檢查和一次側(cè)水室視頻檢查，而一次側(cè)人孔孔帶的手動(dòng)超聲檢查由于時(shí)間短，穿插在其中進(jìn)行，這樣安排避免了重復(fù)拆裝蒸汽發(fā)生器一次側(cè)防水堵板，同時(shí)蒸汽發(fā)生器傳熱管渦流檢查也調(diào)整為最多兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器并行，另外一臺(tái)與這兩臺(tái)串行，減少了渦流技術(shù)人員峰值需求。

ΔQ=Q″-Q′=-218

(13)

ΔW=σ″2-σ′2=-8<0

(14)

經(jīng)過調(diào)整優(yōu)化，分析人力資源總量變化值ΔQ和資源均衡系數(shù)變化值ΔW，可以看出，優(yōu)化后的計(jì)劃使得人力資源總量更小，更為平緩均衡。圖2為某核電機(jī)組首次大修人力資源需求曲線與經(jīng)驗(yàn)計(jì)劃的人力需求曲線的對比圖。

圖2 優(yōu)化前后計(jì)劃人力資源分布對比圖

通過某機(jī)組核島在役檢查進(jìn)度計(jì)劃編制和優(yōu)化實(shí)踐表明，優(yōu)化后的計(jì)劃可以減少在役檢查占用大修關(guān)鍵路徑時(shí)間約5天，同時(shí)減少了人力資源的使用總量，人力資源利用更為均衡。

四、結(jié)語

本文運(yùn)用了關(guān)鍵路徑法計(jì)算出某核電機(jī)組首次大修的關(guān)鍵路徑在役檢查項(xiàng)目，并結(jié)合在役檢查的技術(shù)和設(shè)備特點(diǎn)，對關(guān)鍵路徑項(xiàng)目進(jìn)行了工期優(yōu)化，對典型非關(guān)鍵路徑項(xiàng)目進(jìn)行人力資源優(yōu)化。通過實(shí)踐證明：優(yōu)化后的計(jì)劃可以減少在役檢查占用大修的關(guān)鍵路徑時(shí)間，提高了人力資源利用率，對提高核電機(jī)組發(fā)電業(yè)績和降低在役檢查承擔(dān)單位的運(yùn)營成本都具有積極貢獻(xiàn)，對國內(nèi)同類核電機(jī)組的在役檢查進(jìn)度計(jì)劃編制具有重要的借鑒意義。