文/扈嘉輝 臧 慶 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)）

中國科學(xué)院等離子體物理研究所自主設(shè)計、建設(shè)、運行的東方超環(huán)（EAST）超導(dǎo)托卡馬克裝置，是國家發(fā)展計劃委員會正式批準(zhǔn)建設(shè)的國家“九五”重大科學(xué)工程。它的科學(xué)目標(biāo)是建造一個具有非圓截面的大型超導(dǎo)托卡馬克裝置及其實驗系統(tǒng)，發(fā)展并建立在超導(dǎo)托卡馬克裝置上進行穩(wěn)態(tài)運行所需要的多種技術(shù)，開展穩(wěn)態(tài)、安全和高效運行的先進托卡馬克聚變反應(yīng)堆基礎(chǔ)物理問題的實驗研究，為我國下一代聚變工程試驗堆的概念設(shè)計奠定堅實基礎(chǔ)。EAST 的三大目標(biāo)為：產(chǎn)生≥1 兆安培的等離子體電流、持續(xù)時間將達到1千秒、在高功率加熱下溫度將超過1 億度[1]。EAST 裝置于2006 年完成總裝調(diào)試，并進行了首次等離子體放電調(diào)試，2010 年獲得高約束模（H 模）等離子體，2017 年在國際上率先實現(xiàn)了超過100 秒的H 模，2021 年5 月實現(xiàn)100 秒1 億度高溫等離子體的穩(wěn)定運行，2021 年12 月成功實現(xiàn)1056 秒長脈沖高參數(shù)等離子體運行。

等離子體診斷是用實驗方法測定等離子體參量的技術(shù)，是托卡馬克實驗研究的關(guān)鍵工具，為EAST 物理實驗提供較為翔實、可靠的等離子體物理參數(shù)。在EAST 實驗中，診斷系統(tǒng)可以用于有效控制等離子體、理解等離子體動力學(xué)行為、優(yōu)化等離子體性能。經(jīng)過多年的發(fā)展，EAST 裝置已經(jīng)擁有七十多項等離子體診斷系統(tǒng)，安裝在EAST 裝置的11 個水平窗口及上下窗口上（見圖1），分別由中科院等離子體所九室、六室、七室、十二室，以及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京大學(xué)、東華大學(xué)多家單位多個科研團隊負(fù)責(zé)建設(shè)、運行和研究。窗口資源緊張、診斷系統(tǒng)眾多、新診斷不斷投入是EAST 診斷系統(tǒng)的顯著特點，診斷系統(tǒng)為EAST 裝置100 秒1 億度和1000 秒長脈沖高參數(shù)等離子體的實現(xiàn)和物理理解做出了重要貢獻。

圖1 EAST 診斷系統(tǒng)布局俯視圖

隨著EAST 實驗研究水平的不斷提升，下一階段，EAST 將向更高參數(shù)邁進，預(yù)計將在未來幾年開展400秒高約束模穩(wěn)態(tài)運行和1000 秒1 億度等離子體運行等高水平實驗。針對如此高目標(biāo)的放電時長和高參數(shù)，無論從診斷本身的工作穩(wěn)定性和對于相關(guān)物理理解的充分性，都對診斷系統(tǒng)提出了更高的要求。

診斷系統(tǒng)升級改造項目管理小組通過范圍管理實踐，準(zhǔn)時有序地完成了本輪升級改造目標(biāo)要求。

一、項目范圍管理概念

項目管理知識體系指南對項目范圍管理進行了定義，即確保項目做且只做所需的全部工作，以成功完成項目的各個過程。

項目范圍管理是全局性和基礎(chǔ)性的工作，是項目其他管理的基礎(chǔ)。項目范圍能確定項目的邊界，明確主要可交付成果，做好范圍管理能提高對項目成本、進度和資源估算的準(zhǔn)確性；項目范圍管理及控制的有效性，是衡量項目是否達到成功的一個必要標(biāo)準(zhǔn)，范圍管理做得不到位，會使項目在進度、成本和質(zhì)量上都受到嚴(yán)重影響，嚴(yán)重的話會導(dǎo)致項目的失敗。

二、項目范圍管理實踐

診斷系統(tǒng)升級改造項目是EAST 性能提升項目的重要子項目，項目周期是2020 年7 月至2021 年5月。該項目作為科研項目，具有范圍廣、時間緊、要求高的特點，現(xiàn)以該項目范圍管理實踐為例，從制定范圍管理計劃、收集需求、定義范圍、制定工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）四大范圍管理典型過程展開分析探討[2-3]。

1.制定項目范圍管理計劃

凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢，好的計劃是成功的一半。范圍管理計劃是范圍管理統(tǒng)領(lǐng)性文件，為管理范圍提供指南和方向，是將產(chǎn)生項目產(chǎn)品所需進行的項目工作漸進明細的過程。

在等離子體所《EAST 性能提升總體方案》和《窗口調(diào)整文件》的基礎(chǔ)上，召開診斷系統(tǒng)升級改造討論會，邀請磁約束核聚變物理研究領(lǐng)域?qū)＜?、EAST 實驗運行負(fù)責(zé)人、EAST 內(nèi)部部件負(fù)責(zé)人、EAST 診斷各子系統(tǒng)負(fù)責(zé)人、等離子體所下屬機械加工廠長期從事EAST 改造維護的資深工程師等組成專家組，并邀請診斷系統(tǒng)升級改造項目相關(guān)人員參會，在以往改造維護經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，參照國內(nèi)外磁約束核聚變裝置的發(fā)展?fàn)顩r，綜合考慮前沿物理研究需求、當(dāng)前國內(nèi)外技術(shù)可行性等，并結(jié)合為下一代中國聚變工程實驗堆（CFETR）預(yù)研的目標(biāo)，充分討論、分析、挖掘本輪診斷系統(tǒng)升級改造的目標(biāo)和需求。

經(jīng)過會議的反復(fù)討論，最終制定了診斷系統(tǒng)升級改造項目的范圍管理計劃，內(nèi)容包括以下幾方面。

（1）明確如何獲取需求。由于EAST 診斷系統(tǒng)具有多學(xué)科交叉、多方參與、工藝復(fù)雜、精度要求高的特性，各子診斷系統(tǒng)研發(fā)、運行人員，經(jīng)過長期專注研究和實踐探索，對相關(guān)研究進展和國內(nèi)外發(fā)展方向更為熟悉了解。所以該項目中，針對EAST 性能提升后的高穩(wěn)態(tài)高約束運行目標(biāo)，由各子診斷系統(tǒng)首先分析和評估自己系統(tǒng)存在的問題和不足，參照國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，提出子系統(tǒng)升級改造或新增的需求。

（2）明確如何對項目范圍進行定義。明確了此次診斷系統(tǒng)升級改造的原則，以及診斷系統(tǒng)升級改造評審的規(guī)則和程序，經(jīng)所領(lǐng)導(dǎo)辦公會（以下簡稱所層面）批準(zhǔn)后，分發(fā)給各診斷子系統(tǒng)。

升級改造原則：

①重點支持現(xiàn)有診斷向精細化方向發(fā)展；

②支持新診斷（方法、技術(shù)）解決EAST 尚未實現(xiàn)的重要物理參數(shù)診斷；

③支持面向CFETR 物理研究的診斷方法、技術(shù)預(yù)研；

④避免重復(fù)、低效診斷建設(shè)，勇于淘汰落后診斷；

⑤推進共享窗口建設(shè)，為階段性診斷測試提供條件；

⑥逐步完善數(shù)據(jù)使用規(guī)則，建立充分的數(shù)據(jù)共享平臺；

⑦注重科學(xué)性，兼顧“人”的培養(yǎng)。

同時明確了診斷系統(tǒng)升級改造評審規(guī)則和程序（見圖2），并將診斷物理評審、技術(shù)方案評審的機制作為EAST 診斷系統(tǒng)建設(shè)的長效機制。此評審規(guī)則和程序也是控制范圍變更的流程。

圖2 診斷升級改造評審規(guī)則和程序

（3）明確如何創(chuàng)建工作分解結(jié)構(gòu)。以各子系統(tǒng)在EAST 上安裝的物理分布（窗口）為基礎(chǔ)，按可交付物和項目生命周期進行自上而下分解。以子項目為分解結(jié)構(gòu)的第一層，各子項目生命周期為分解結(jié)構(gòu)的第二層，每一層都對應(yīng)具體的負(fù)責(zé)人。

（4）明確如何進行范圍確認(rèn)。此項目范圍確認(rèn)分為實驗室測試驗收、子系統(tǒng)集成測試驗收及EAST 實驗運行期間等離子體條件下聯(lián)調(diào)確認(rèn)三個部分，驗收結(jié)果都要形成書面記錄，對未通過驗收內(nèi)容要監(jiān)督整改。

（5）明確如何進行范圍控制。對干系人提出的變更需求，按照診斷升級改造評審規(guī)則和程序，嚴(yán)格進行物理和技術(shù)評審，并經(jīng)所層面批準(zhǔn)后，方可納入診斷系統(tǒng)升級改造項目進行統(tǒng)一管理。

2.收集需求

項目的需求直接決定了項目的范圍，不準(zhǔn)確、不明晰的需求會導(dǎo)致項目執(zhí)行過程中范圍的不斷蔓延。

根據(jù)《項目范圍管理計劃》要求，首先通知各診斷子系統(tǒng)、診斷Shutter 和插板閥自動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、綜合布線的相關(guān)負(fù)責(zé)人，針對EAST 性能提升后的高穩(wěn)態(tài)高約束運行目標(biāo)和磁約束核聚變未來發(fā)展方向，充分評估分析各自子系統(tǒng)目前存在的問題和不足，提出子系統(tǒng)升級改造的物理、技術(shù)方案，繪制設(shè)計圖，以及預(yù)期達到的目標(biāo)參數(shù)、驗收標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計依據(jù)、存在的風(fēng)險等，形成書面報告報給診斷系統(tǒng)升級改造項目管理小組進行分類匯總。

為充分收集需求，診斷系統(tǒng)升級改造項目管理小組還采用了引導(dǎo)式研討會的方法，組織部分原理及診斷方向相近的系統(tǒng)進行會議研討，如中科大JW 診斷系統(tǒng)與等離子體所四室的W 診斷系統(tǒng)，分析探討雙方系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系，引導(dǎo)進行集成升級。項目管理小組采用了標(biāo)桿對照的方法，以美國DIII-D 裝置為標(biāo)桿，促進M、C、綜合布線等系統(tǒng)對比分析目前EAST相關(guān)系統(tǒng)的優(yōu)越和不足之處，提出對不足之處進行相應(yīng)升級改造的需求。項目管理小組還采用原型法，以T系統(tǒng)開發(fā)的Shutter 和插板閥監(jiān)測管理系統(tǒng)為原型，通過訪談、會議、實地觀察調(diào)研等方式，了解EAST 其他診斷子系統(tǒng)的Shutter 及插板閥結(jié)構(gòu)、工作要求及現(xiàn)場環(huán)境，形成診斷Shutter 和插板閥自動狀態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)的建設(shè)需求。采用系統(tǒng)交互方法，通過系統(tǒng)分析EAST 運行管理流程，提出診斷Shutter 和插板閥自動監(jiān)測管理系統(tǒng)要與鋰化、真空系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)，增強EAST 裝置運行管理智能化的需求[4]。

經(jīng)過充分分析挖掘，最終形成各類需求共計38個（以子系統(tǒng)為單位），具體見表1。

表1 EAST 診斷系統(tǒng)升級改造項目需求分類匯總

3.定義范圍

定義范圍過程就是一個將高層級需求漸進分解成具體工作任務(wù)的過程，該項目中以EAST 性能提升后實驗運行的診斷需求為總目標(biāo)，根據(jù)收集到的各子系統(tǒng)需求文件，經(jīng)過專家會議評審，將總目標(biāo)分解到各子系統(tǒng)的任務(wù)上。

收集好各子系統(tǒng)的需求文件后，按照《項目范圍管理計劃》中確定的評審規(guī)則和程序，組建由磁約束聚變物理研究負(fù)責(zé)人、診斷研究負(fù)責(zé)人、EAST 實驗運行負(fù)責(zé)人、維護改造工程師負(fù)責(zé)人等資深人員組成的專家組，召集評審會議，會上各子診斷系統(tǒng)首先對自己提出的需求和方案進行詳細匯報，專家組逐一對各項需求進行詳細物理和技術(shù)評審，分析評估各項需求與EAST 性能提升后實驗運行的關(guān)聯(lián)度、物理上的有效性、技術(shù)上的可行性以及裝置實驗運行的安全穩(wěn)定性，并同時評審確定項目的可交付物、驗收標(biāo)準(zhǔn)等，最終形成詳細的項目范圍說明書，經(jīng)所層面審批同意后，分發(fā)給各診斷子系統(tǒng)、維護改造工程師等相關(guān)干系人。

4.制定WBS

WBS 以可交付成果為導(dǎo)向?qū)椖恳剡M行分解，它歸納和定義了項目的整個工作范圍，每下降一層代表對項目工作的更詳細定義，并為每個工作包分配具體的負(fù)責(zé)人，實現(xiàn)把項目的目標(biāo)、范圍、項目組成員等有序地關(guān)聯(lián)起來。

工作分解結(jié)構(gòu)要有合理的工作包大小，項目所細分的工作包的詳細密度并非越高越好，要與項目的特點特性相結(jié)合。EAST 診斷系統(tǒng)升級改造項目作為科研研發(fā)項目，最顯著的特點就是多學(xué)科交叉、多方參與、專業(yè)性強，各子診斷系統(tǒng)經(jīng)過長期專注研究和實踐探索，對相關(guān)研究進展和國內(nèi)外發(fā)展方向更為熟悉了解，所以比較適合大塊的工作包，讓成員能夠有自主性來圍繞可交付物設(shè)計工作任務(wù)。過細的工作包會讓成員感到被過度管理，而且也需要花費過多的時間來更新任務(wù)狀態(tài)。

所以診斷系統(tǒng)升級改造項目中，以定義范圍過程形成的范圍說明書為基礎(chǔ)，按照《項目范圍管理計劃》中確定的創(chuàng)建工作分解結(jié)構(gòu)的方式，結(jié)合專家意見及以往改造建設(shè)經(jīng)驗，將項目范圍進行逐層分解。分解結(jié)構(gòu)首先以各窗口、Shutter 和插板閥自動監(jiān)測管理系統(tǒng)、診斷布線規(guī)范化等子項目為第一層、窗口大法蘭改造或子項目生命周期為第二層（見表2）；診斷各子系統(tǒng)升級改造的工作分解結(jié)構(gòu)是以窗口為第一層，子系統(tǒng)為第二層，以各項工作生命周期作為第三層，并為每一個工作包分配相應(yīng)的責(zé)任人[5]。該工作分解結(jié)構(gòu)也為項目進度控制、成本控制等提供了基礎(chǔ)。

表2 以子項目為第一層項目工作分解結(jié)構(gòu)（續(xù)）

表2 以子項目為第一層項目工作分解結(jié)構(gòu)

三、項目范圍管理改進和優(yōu)化建議

1.工作分解結(jié)構(gòu)中每個工作包應(yīng)該有唯一的負(fù)責(zé)人，對于多人負(fù)責(zé)的事務(wù)應(yīng)該進一步明確角色職責(zé)

對于WBS 中每個工作包應(yīng)該明確唯一的負(fù)責(zé)人。明確了負(fù)責(zé)人，既是明確了授權(quán)，也是明確了責(zé)任。負(fù)責(zé)人清楚了解自己的任務(wù)后，就可以發(fā)揮主觀能動性，統(tǒng)籌推進工作包進展，提高工作效率；負(fù)責(zé)人唯一對自己工作的結(jié)果負(fù)責(zé)，不會發(fā)生推諉扯皮的事情。

對于多人負(fù)責(zé)的工作包，應(yīng)該為每個成員分配明確的角色，并定義角色的職責(zé)，如誰負(fù)責(zé)、誰審批、咨詢誰、通知誰，等等。為了方便制表表示，可以使用代碼來標(biāo)識，如R（Responsible）表示負(fù)責(zé)人、A（Accountable）表示審批人、C（Consulted）表示咨詢?nèi)恕（Informed）表示通知人。明確了角色分配，既能使每一個項目成員明白在各個流程中的職責(zé)，也可以看出每個成員的工作負(fù)荷、是否有足夠的人來承擔(dān)所有的任務(wù)等，有了這些信息就可以判斷項目的人力資源配置情況，為診斷系統(tǒng)升級改造項目的管理者的管理決策提供支持。

2.將上游的工作階段結(jié)果納入本項目的范圍管理中，加強與上游部門的溝通，提前介入開展檢查和范圍確認(rèn)工作

本項目中部分診斷子系統(tǒng)需安裝在鎢銅下偏濾器上，安裝位置和空間必須在偏濾器組裝完成前，由上游工作組（N 工作組）進行設(shè)計預(yù)留。EAST 共有48件鎢銅下偏濾器，此次診斷升級改造項目涉及其中14件，每件下偏濾器均由鎢銅塊、鎢串、DOME、END BOX、Casssette、水盒等組件組成，各組件加工完成后還需要進行焊接、氦檢、烘烤、檢漏等工序，全部通過后才能形成一件合格的鎢銅下偏濾器，所以下偏濾器出現(xiàn)返工的成本較高。另外，在EAST 性能提升項目中，鎢銅下偏濾器項目始終處于關(guān)鍵路徑上，返工對項目整體進度影響較大。

診斷系統(tǒng)升級改造項目實施過程中，N 工作組設(shè)計人員根據(jù)所層面評審?fù)ㄟ^的診斷系統(tǒng)的相關(guān)需求完成設(shè)計圖紙后，沒有交由診斷系統(tǒng)確認(rèn)，就交于加工廠進行加工，在K、L、C 等窗口的部分下偏濾器件加工組裝完成，交由診斷系統(tǒng)進行診斷系統(tǒng)安裝時，才發(fā)現(xiàn)部分預(yù)留的安裝空間不能滿足需求，相關(guān)診斷系統(tǒng)無法有效安裝。發(fā)現(xiàn)此問題后，診斷系統(tǒng)改造工作組立即與N 工作組進行溝通整改，并同時制定下偏濾器加工件范圍確認(rèn)程序，組織其他診斷子系統(tǒng)相關(guān)干系人，對尚未完工的下偏濾器件提前集中進行檢查確認(rèn)，對可能不符合需求的圖紙或加工件及時提出糾正意見并監(jiān)督整改。這些措施的實施，有效避免了相關(guān)返工的出現(xiàn)，保障了項目目標(biāo)的順利實現(xiàn)。

3.應(yīng)提高質(zhì)量管理意識，按照質(zhì)量管理體系要求進行各環(huán)節(jié)工作

中科院等離子體所經(jīng)過長期不懈的努力，已建立起質(zhì)量手冊、程序文件、規(guī)范性文件及質(zhì)量記錄三層質(zhì)量管理體系，并通過中國新時代認(rèn)證中心的質(zhì)量管理體系認(rèn)證，是等離子體所質(zhì)量管理工作的綱領(lǐng)性文件。診斷系統(tǒng)升級改造項目時間緊、項目多、工藝復(fù)雜，更應(yīng)提高質(zhì)量管理意識，按照所里質(zhì)量管理體系，加強升級改造過程中設(shè)計、加工、測試等環(huán)節(jié)的質(zhì)量工作，對過程中的各類記錄要簽字齊全、分類妥善保管，減少質(zhì)量通病，避免不必要的返工，從而提高項目目標(biāo)實現(xiàn)的可能性。

四、結(jié)語

診斷系統(tǒng)升級改造項目管理小組通過范圍管理實踐，進行了C、D、F、G、J、P 等窗口20 多項診斷位置調(diào)整與升級，新增10 多項診斷，以及10 多項充氣系統(tǒng)，在改造實現(xiàn)EAST 診斷系統(tǒng)集成優(yōu)化的同時，補充了必要診斷數(shù)據(jù)，提升了診斷系統(tǒng)、時空分辨率和可靠性，在隨后開展的兩輪EAST 實驗中，90%以上診斷子系統(tǒng)全程參與實驗，實驗中均運行良好，診斷數(shù)據(jù)平均有效率（有效數(shù)據(jù)/測量數(shù)據(jù)）均能達到90%以上，診斷系統(tǒng)升級改造的性能參數(shù)得到驗證，實現(xiàn)了升級改造項目的目標(biāo)。在升級改造項目過程中，項目管理團隊將項目范圍管理貫穿項目始終，通過引入專業(yè)的管理理論和方法，鍛煉了項目團隊人員的管理能力和水平，也保障了項目的順利完成。