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协同创新模式下“华龙一号”反应堆研发管理

2021-07-13

 

中国核动力研究设计院(简称“核动力院”)是我国从事核动力反应堆工程研究、设计、试验、运行和小批量生产的大型综合性科研基地,是以研究设计核动力反应堆为主,带动其他堆型反应堆相关技术研究设计的国家战略高科技研究设计院。作为我国研发核动力反应堆的国家队,核动力院在承担先进反应堆研发方面具有当仁不让的重要职责。为尽快完成我国自主研发的三代核电技术,掌握先进核电关键技术,同时确保缩短研制周期、降低研发费用、使成果产业化,核动力院以产品为核心,充分发挥优势,着力解决制约研发能力、研发水平提升的管理问题,自2011年起,中国核动力研究设计院开展了自主化三代核电“华龙一号”反应堆研发管理,运用知识创造主体和技术创新主体间的深入合作和资源组合的协同创新模式,将自主三代核电技术与其他在研型号的研发进行全要素的有机集合、系统融合,产生统一的整体性和系统叠加的非线性组合,实现自主先进核反应堆技术跨越式发展。
核动力院以“需求”(市场)为牵引,结合“产品”“技术”“项目”“资源”五要素多层次分析,绘制能够保障从现状到达一体化先进反应堆产品战略目标的发展路径。从“需求”上构建多元需求指标体系,统筹产品需求,实现战略层面需求信息的整合;从“产品”上采用产品组合方式,扩大产品组合的广度、深度及关联性,实现产品的有效结合与动态发展;从“技术”上建立技术库,实现技术的相互转化、共享共用及产品异步开发;从“项目”上通过项目集、项目组合方式,确保各级研发目标与产品研发战略协调一致;从“资源”上统筹设施与平台规划建设、人才培养、资金筹措,实现资源的共享与共用。
核动力院在“华龙一号”反应堆研发管理的具体实施过程中,采用了WSR方法论作为理论指导。WSR是“物理-事理-人理方法论”的简称,其中,“物理”指客观物质世界、法则、规则,注重对“是什么”的功能分析;“事理”指组织、系统管理,以逻辑分析怎么做;“人理”关注参与人群、关系的人文分析。核动力院将“物理”用于科研工具、方法等,实行“内外双闭环”研发管理方法,引入前沿设计理念,采用更加精确的计算方法,自主研发设计软件包,打造先进反应堆集成研发平台,为科研水平的提升打下坚实的基础;将“事理”用于流程和质量管理等,构建“E+1+1+N”过程质量管理体系,建立协同并行研发架构,实现“强核心、大协作”,加快“华龙一号”研发进程;“人理”用于组织机构的协调、人才队伍的建设,采用“1333”组织与人才管理模式,建立型号总体研发部和人才培养机制,培育具有较强战斗力的核心团队,理顺管理架构。核动力院以产品战略为核心、技术路线图为指引,通过WSR方法论的三个维度,构建了“协同创新‘华龙一号’反应堆研发管理体系”,有效提升了“华龙一号”反应堆研发水平和协同创新能力,全面提升了核动力院先进反应堆自主创新能力和核心竞争力,实现自主三代核电反应堆型号研发目标,并取得良好的经济效益和社会效益。
 
1 研发管理实践成果
核动力院通过实施协同创新模式下“华龙一号”反应堆研发管理和“物-事-人”综合管理创新,大幅提高了自主创新能力和研发水平。
1.1 协同创新模式下“华龙一号”产品技术路线规划
先进反应堆一体化产品研发规划,一方面充分考虑产品关联性,选择不同产品组合来满足不同需求或多用途的需求;另一方面兼顾技术的支撑与驱动,促进技术的共享与相互转化,在“产品”和“技术”两个方面实现协同创新。
“产品”层面,核动力院在先进反应堆一体化产品规划过程中,通过目标分析、系统综合、系统分析、方案设计、决策等步骤,兼顾不同核动力反应堆研发。通过层次分析法(AHP)依据产品战略目标、需求指标决策优选方案,并结合多属性值理论(MAVT)和多准则决策分析(MCDA)量化评价方法,对具体产品方案进行定性和定量分析的决策。同时在产品规划中,通过产品组合实现融合、共享,并绘制了先进反应堆一体化产品技术路线图。产品组合的决策则是在考虑了产品战略一致性、竞争优势、市场潜力、核心能力增益、技术可行性、周期与成本等效益最大化基础上,通过决策树充分评估风险后确定的。通过产品组合解决了产品线过多导致的重复低价值开发、成果难以共享、新产品开发压力大、资源冲突、核心技术难以持续提高等问题,形成体系化反应堆型号,产品研发周期大大缩短,风险和成本显著降低。
为加深技术融合发展,核动力院从技术层面进行分类,形成一系列共性技术和专用技术的合集,包括一般技术、关键技术、核心技术,并按系统、专业形成技术模块,最终形成技术库。在技术规划中,充分考虑共性技术的开发,可以最大程度地实现技术、模块、子系统等研发成果的共享,也可通过不同技术之间转化、衍生形成新的专用技术成果。在技术库中,一些关键技术、核心技术能够满足多个型号的应用,该类技术可直接在技术库中选择。
“华龙一号”技术研发时间紧、任务重、研发范围广,传统的单一项目渠道无法支撑如此庞大的课题。核动力院通过先进反应堆一体化产品技术路线图的指导,在协同创新模式下,以“项目”和“资源”为支撑,围绕“华龙一号”技术研发目标进行整合管理,从总体设计技术、反应堆及一回路系统、设备研制、试验验证、软件技术等方面详细梳理“华龙一号”各子技术状态和发展路径,对“华龙一号”技术要素进行了分解,明确不同子技术的研发周期、应用阶段,依托先进核动力研发平台已形成的研发成果,解决部分核动力基础共性技术。“项目”上,结合不同渠道特点,依托“先进核动力技术研发”“ACP1000三代核电技术研发”“三代核电关键设备研制”等不同渠道的科研项目进行项目实施,确保“华龙一号”大部分关键技术研发具备充足的项目和资金支持;对部分暂时无法从外部渠道获得支持进行研发的关键技术,自投资金进行研发,并对其研发过程进行细致分析,提高其在“华龙一号”技术研发过程中与先进反应堆一体化产品技术路线图的契合性。“资源”上,从内外部两个方面配置和规划人力资源、财务资源、技术资源、基础设施设备,借助先进核动力研发等平台,利用“协同”机制,统筹上级主管部门、合作方、制造企业等相关方的关键资源,建设起一批满足反应堆研发需求、技术先进的基础设施。“技术”层面,形成了“华龙一号”独立的技术平台,形成包括“177堆芯”和“能动+非能动”核心技术、系统、子系统、关键设备等,研制出一批如蒸汽发生器、堆芯测量系统、分布式控制系统等典型的核装备技术。“产品”层面,基于共同技术平台,针对不同应用场景,开发了“华龙一号”系列产品ACP1000、融合型HPR1000、出口型ACP1000,形成了ACP“型谱化”的产品系列,并制定了持续改进计划,打造更先进、更具竞争力的“华龙一号”。通过协同创新产品技术路线图构架下的异步开发模式运作,成功研发出“华龙一号”。同时,“华龙一号”的研发过程,也带动了基础设施的建设和先进技术的研发,反哺了核动力院核动力研发等平台建设,真正实现了全要素协同创新。“华龙一号”反应堆研发管理模型如图2所示。
1.2 物事人综合管理创新
为了确保“华龙一号”反应堆的先进性,必须在反应堆研发方法和工具手段上,即在“物”方面全面创新。针对“华龙一号”反应堆技术研发,核动力院提出了“内外双闭环”研发管理办法,通过研发过程中“设计”“实验”过程互相迭代逼近真实环境,修正模型,验证“软件”和设计手段,构成“华龙一号”反应堆设计的内环管理;同时,从外部确保“华龙一号”反应堆在研发过程中保持先进性,一方面及时追踪国际前沿技术进展,另一方面通过国内外多方的评价、审查以及联合研究,针对“华龙一号”开展多方安全评价,构成“华龙一号”反应堆先进性和安全性的及时性认证,从内外两方面全面提升“华龙一号”反应堆的研发能力。
为提升“华龙一号”反应堆研发效益、质量,必须从研发流程、质量管理上,即“事”方面创新。核动力院通过“卓越绩效”导入和质量管理体系融合,形成了独具特色的“E+1+1+N”过程质量管理体系(“卓越绩效”模式的过程管理体系和协同创新的质量管理体系),秉承“质量是设计出来的,研发质量是产品质量的基因”理念,从过程质量体系的源头入手,建立适应先进反应堆研发的过程质量体系,并按戴明环PDCA持续改进,不断提升协同创新能力和水平。
2012年起,核动力院导入并实施卓越绩效模式(图4),围绕先进反应堆一体化产品研发,以“科学高效、改进创新、追求卓越”的理念构筑了统一的过程管理体系,全面推动综合管理水平和核心竞争力的提升。根据“华龙一号”反应堆研发特点,结合院使命、愿景、战略目标,重点考虑项目研制目标、过程质量、最终产品、用户需求等因素,建立了科学合理的组织管理体系,确立了项目建设的过程管理结构。“华龙一号”反应堆研发以项目目标为导向,根据研制过程中涉及项目目标关联度及价值的贡献程度有关情况,通过专家测评,对上述过程按照其重要程度进行评分确认,确定项目管控、科研和工程设计三个过程为项目关键过程。
核反应堆质量涉及性能、核安全等,质量、监管等各方面要求极为严格。核动力院构建了“1+1+N”多法规标准融合式质量管理体系。第一个“1”是以GB/T 19001标准为基础建立核动力院质量管理体系;第二个“1”是将《核电厂质量保证安全规定》的要求落实在核动力院质量管理体系中,建立“华龙一号”特色的四层次质量管理体系文件结构,即质量手册、质量管理程序、单位/部门管理性程序、作业文件;“N”是指针对“华龙一号”的特点,依据多个法规标准(HAF003《核电厂质量保证安全规定》、HAD003《核安全导则》等)的要求,有针对性地建立质量保证大纲和大纲程序。对研发项目实施的组织机构、职责、任务划分、接口关系及各过程的控制要求做出规定,以保证项目实施的有效性。协同创新式质量管理体系既体现了科研项目质量管理满足顾客期望这一“普适性”要求,又符合核行业将“核安全”摆在第一位的安全发展理念。
先进反应堆研发创新的主体是“人”,必须建立高效研发组织架构和行业领先人才队伍。核动力院通过实施“1333”组织与人才管理模式(“1”为一个院级反应堆型号总体研发部,“333”分别为“三同时”“三队伍”“三分级”的人才管理机制),并有效激励团队,培养了一支协同创新的高层次人才队伍。
在“华龙一号”反应堆研发中,核动力院创新性地采用组织级项目管理模式,把“华龙一号”研发作为项目集管理,将零散的与“华龙一号”相关项目集中管理,统一管理架构,侧重从战略层面权衡组织效益,实现了单个项目无法实现的效益。在产品研发组织架构上,建立了由院主管领导负责制下,包含院级主要管理部门和所领导,主要技术负责人,科技、质量、知识产权等部门专职管理人员组成的型号产品研发管理团队,主要负责项目集管理和总体技术管理,确保“华龙一号”研发目标实现。具体科研项目由总体研发部下设的多个项目部负责子项目管理,型号总设计师负责技术管理。各项目部下设多个课题组,开展技术攻关。通过这种组织级战略执行框架,确保了各级项目管理符合“华龙一号”整体研发战略,研发目标一致,并形成内外部、各项目、各课题间有效协同。通过采用“333”人才管理机制,使人才培养管理工作紧密结合研发任务,分层分级管理人才,真正实现创新人才培养常态化,发挥人才在技术创新中的引领作用。
 
2 管理实践的经验与理论总结
通过协同创新模式下“华龙一号”反应堆研发管理,核动力院从过去依靠国家指令,按部就班开展研究转变为新时代的从内部着手,从供给侧发力,主动构建“华龙一号”反应堆研发管理体系,不断推进设计和技术迭代进化。并通过统筹考虑,全方位、多领域、多要素落实协同创新发展的深度与广度,在先进反应堆一体化产品技术路线的框架下,以“华龙一号”技术要素和产品、项目集的方式改变独立体系研发的局面,有效解决了过去缺少核电型号的自主产品和核心技术的窘迫局面。在管理创新中首先制定了满足核动力院创建国际一流设计院愿景,响应国家时代要求的先进反应堆一体化产品研发战略,为先进反应堆研发和管理创新指明了方向。
在明确先进反应堆一体化产品研发战略后,核动力院上下一心,统一思想,在“华龙一号”反应堆研发中创新性地提出了协同创新产品技术路线规划,从而为促进反应堆研发融合创新提供了坚实的基础,并将协同创新战略扎实地与产品规划、关键技术研发计划、基础科研有机地结合起来,开辟了一条双向反哺、协同发展的道路。有效地解决了产品战略不清晰、未来技术发展预判不足、协同深度不够以及产品和项目不成体系等问题。
在核动力院先进反应堆一体化产品研发体系下,“华龙一号”反应堆研发以“需求”作为研发和创新的驱动力,从多维度构建多元需求指标,明确产品研发方向,并借助集成研发平台、远程协同设计平台等调动了内外部、上下游各单位协同合作,实现了协同创新模式管理。
在管理创新上,通过在反应堆科研管理领域率先引入WSR方法论对“华龙一号”反应堆研发管理提供理论指引,在“物-事-人”三个维度上分别采用“内外双闭环”研发管理办法,提高“华龙一号”反应堆研发水平;实施卓越绩效模式,通过建立科学合理的组织管理体系,持续改进“华龙一号”反应堆研发过程质量管理,提升协同创新能力;提升组织管理和人才队伍建设,凝心聚力激发活力,取得了丰硕的成果。在面对诸多制约因素的情况下,最大化利用政策工具,实现内生突破和自我进化,以创新管理理论指导实践,最终实现管理目标。
核动力院通过实施协同创新模式下“华龙一号”反应堆研发管理,围绕“物-事-人”三方面,全面提升研发方法、研发工具、研发平台、研发流程、研发人才等各关键要素,大幅提高了自主创新能力和研发水平。综合数据显示,核动力院的先进反应堆型号产品研制周期从传统810年缩短到34年,研制成本相比同行降低了约60%。反应堆技术完成了二代到自主三代的跨越发展,核电反应堆换料周期从12个月提升为18个月,国产化率从55%提升至92%,堆芯融化概率降低1个量级,反应堆关键技术指标达到国际领先水平,协同创新效果显著。