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摘 要：科学工程目标实现过程受资源约束。 引入综合集成方法， 作为资源统筹的基本模式，基于 ICF 科学工程实践， 解析了在既定资源约束条件下，科学工程管理目标实现的系 统方法的集成化运用。为超大规模科学工程资源统筹，服务于 科学工程目标的实现，提供了评估的范例。
关键词：ICF 装置 系统方法 科学工程 综合集成
一、引言
以大规模工程化方式开展的科学研究工作[1]，在追求科学目标的过程中，总是受到特定的资源约束，这里的资源涉及三 个根本因素，时间、成本、人力。 时间之于科学工程，属于本质性的资源， 一切既定的科学工程目标的实现， 从来都不能脱离 时间（周期）因素，否则就是无效的。同样成本是科学工程的另 一根本因素， 它是以货币为计量单位的价值管理。 至于人力， 则是科学工程的承担主体，也是唯一具有创造性能力的因素， 这里的人特指具有一定专业资质或技能的人，作为科学工程 最重要资源之一。 由这三个根本资源要素，派生出一系列的管 理与控制问题，如质量、进度、经费、风险等等，对这些相关要 素进行管控， 构成科学工程管理的重要组成部分。
在目标确定的输入条件下，运用一组特定的系统方法，服 务于一个特定的目标实现过程，牵涉到一组系统方法集成运 用的模式问题：首先是目标的导入，可以是总体层次的，也可 以是总体以下层次的局部分解性目标。其次，基于目标定义任 务、定义范围， 制定初步方案，这大体上是一个统一的、相互联 系的局部过程。 最后则是运用资源的过程，牵涉到统筹与优 化，并从中形成一种较满意的可执行的方案。这就是基于工具 方法和专业支持，一个系统性管理问题，从定性开始， 到定性 与定量结合， 逐步走向定量的综合集成闭环[2- 3]模式，如图 1 所 示。 以下有关系统方法的集成化运用正是建立在这一基本方 法论模式基础上的运用。
二、科学工程实践中的特定方法组合
（一）工作分解结构
工作分解结构（Work Breakdown Structure，WBS）是系统工程管理的工具方法之一[4]。 它是按照工作活动的属性或分类逐层分解、直到形成相对独立、内容单一的最小工作单元；工 作分解结构框定了复杂系统工程管理的质量、进度、经费三控 制，以及人力资源等管理的边界范围和工作基础。工作分解结 构形成过程中，包括四点注意事项：分类要具备相对独立性， 便于职责界限界定；任务包之间不宜交叉，从属关系归一；工 作任务结构是一个特定的系统，应具有完整性；按层次形成编 号，为分配资源和过程控制奠定秩序。
（二）网络计划技术
网络计划技术是由计划评审技术（Program Envaluation and Review Technique，PERT）和关键路径法演变而来(Critical Path Metho，CPM)，作为计划管理和组织实施的一种数学方法[5- 7]，在 中外大科学工程项目中被广泛应用；网络技术的基本原理是 利用网络图来表达工程活动的进度和各项活动之间的相互制 约关系， 形成以时间参数统一衡量的各项活动的日程计划；在 形成这样全部活动的整体日程安排的基础上，采用图形模型 进行人、财、物等资源配置及优化，取得计划管理的最优方案。
（三）挣值法原理[8]
1.定义。 挣值法是以项目的质量、进度、经费三控制为核 心，通过引入三个基本测量值 BCWS、BCWP、ACWP 三个综合 参数，用以测量项目进展的管理技术方法；当引入关键路径 （CPM）的情况下， 计算挣值的三个参数， 又谓之改进挣值法。
2.挣值法三个基本测量值。 BCWS(Budgeted Cost of Work Scheduled)：经过批准的计划工作的预算值；该工作到某个时间 点计划投入资金的累计值；这是衡量项目计划进度和项目费 用的基准值。BCWP（Budgeted Cost of Work Performed）：完成工 作的预算值； 该工作按照批准的预算，到某个时间点，已完成 工作实际投入的费用的累计值；反映了满足质量标准的项目 实际进展。 ACWP(Actual Cost of Work Performed)：已完成工作 的实际成本； 该工作到某个时间点的实际投入资金的累计值。 上述三个基本测量指标， BCWS 是计划值（Planning value，PV）， ACWP 是挣值（Earn value，EV），表示已完成 的计划值；ACWP 是实际值（Actual cost，AC），表示实际花费的资金；三个测量值都分别与计划时间，进度计划中的节点分别对应关联，综合反 映时间、经费、质量三者之间紧密关联。
3.派生指标。 由上述三个基本测量值，派生出四个判断指 标：两个绝对指标，两个相对指标：SV、CV、SPI、CPI 。 由该四个 派生指标分别形成三种不同的判定标准。
三、ICF 科学工程系统方法的集成化分析
（一）以束组为最小工程单元的总体集成
以 ICF（Inertial confinement fusion ,简称 ICF）装置系统工程 中的一个完整束组（bundle=8beams，最小工程单元）的总体集 成作为典型事件，展开有关系统方法集成化应用的分析。
设定该束组在整个总体集成实施框架下，作为整体工程 的验证评估范例，率先实施。基本任务是形成用以验证和评估 总体集成的组织模式、进度、人力资源、经费等资源的统筹运 用方法， 借此工程实证方式，为甚多束 ICF 装置的总体集成， 提供多维度的评估范例。 主要约束条件如下：
模拟任务周期： 假定给予该率先实施的一束组总体集成14 个月工期，在总资源配置不突破的前提下，该工期只能缩 短，不能突破。
模拟投资额：4500 万元，将这一模拟量值作为主要管控目 标之一，可以节约，不得突破。
根据这一总的模拟目标约束，展开以下案例分析。
（二）任务结构分解
从编号为“100”任务层级展开（1 级），向下分解，形成 2 级 任务：110、120、130、140、150、160 。 如图 2 所示。
（三）里程碑节点计划
模拟里程碑节点：如图 3 所示。
（四）工作关系表
基于图 2，分析梳理各项任务之间得的关系，包含串行关 系、并行关系、搭接等三种基本关系，如表 1 所示。
（五）进度甘特图、网络计划及关键路径
根据图 2 和表 1，画出该束组总体集成甘特图（图略），网络图如图 4 所示，通过计算得到项目的关键线路。
（六）资源配置
按上述整体策划的人员、经费、工期等资源配置，详见表 2 和表 3。
根据表 3 人力资源分配表， 按照 14 个月的实施周期，运 用甘特图， 将人力资源分配到实施工期的每个月份，人力资源 负荷，如图 5 所示，反映出 5、6、7 三个月是人员需求的高峰， 分布于该三个月的工作是不可逾越的前置任务，必须努力完 成之，才能在逻辑上转入下一工作，刚性要求， 不能变通。 因 此，必须统筹调配，确保完成。
基于总费用， 总工期约束， 在上述任务结构分解、人员配 置安排，费用标准，基于甘特图、网络图整体安排，进行整个项 目的费用分解和预算，如表 4 和表 5 所示，其中，基于科学工 程风险的不可预见费，按总费用的 5%计取。
（七）网络计划的执行与动态控制
1.检查点设置。 在本项目实施到一半时间（7 个月），检查 计划执行情况，对各项任务进展情况进行全面统计，在此基础 上引入挣值分析法，进行动态评估；并根据问题采取针对性的调控措施。
2.检查点算例。 按预设的时间（7 月末）进行计划检查，检查结果表 明 ： 原计划表 6 在该节 点 111、112、121、122，123、124、125、126、131、132 计划完成率均要求 100%完成。
实际情况是：
111、112、121、122、124、125、131 实际完成率为 100%；123 完成率 75%；126 完成率 60%；132 完成率 75%；其余工作均尚未开始。
根据预设检查点的检查结果，计算形成三个主要参数，详见表 6。
第一，任务检查点整个任务实施情况的挣值计算结果：
SV= ∑BCWP- ∑ BCWS=EV- PV=1260- 1460=- 200＜0，进度滞后。
CV= ∑BCWP- ∑ACWP=EV- AC=1260- 1164=180＞0，预算节约。
表明该束组总体集成检查点的整体进度，比预定计划有所滞后；但预算执行情况则有所节约 （或是该花的钱没花出去）。
第二，任务检查点的关键路径实施情况的挣值计算结果：
∑BCWP=120+10+134+248=512
∑BCWS=120+10+134+330=594
∑ACWP=90+10+134+248=482
SVCP= ∑BCWP- ∑BCWS=512- 594=- 82＜0，进度滞后
CVCP= ∑BCWP- ∑ACWS=512- 482=30＞0，预算节约。
3.计算结果分析。 没有按预期计划完成任务的主要原因：
123 光学元件加工制造，工艺要求严格，可能是材料环节，也可能是工艺环节的问题；需要针对性地在相应采取技术和管理措施。 126 标准洁净环境受制于实验室工艺调试，该特殊实验室环境是个大系统的统一调试，需要一定的系统磨合时间，主要由建筑施工单位对整体工作进行统筹；同时标准洁净环境 的形成与 OM3/OM2 安装集成交叉开展，尤其是 OM3 类现场安 装工作， 对环境会造成一定的影响，因此，在具体安排上， OM3 类对环境造成不良影响的任务应作为标准洁净环境形成前的 优先级任务加以完成。132OM3/OM2 类安装集成主要受制于外 协交付批次， 以及现场施工组织，该问题有很大的改进空间， 主要是协调外部协作单位，采取增加人员，分区并行，根本性 地扭转进度滞后的局面是可以预期的。
4.纠偏措施及再模拟效果。 从以上分析所呈现的问题看，123、126、132 延后半个月已成既定事实，直接导致不能按原计 划展开 141 工作；142 部分有洁净要求的工作受影响，部分可 在一般洁净环境下继续开展工作。
综合分析问题原因与约束条件：需采取五点纠偏措施：
（1）遵循总工期不变，资源 内部调剂，总费用保持不变的原则，调整部分工作的工期，进行内部资源调剂，包括动用不可预见费。
（2）123、126、132 总工期整体延后半个月；123：2.5 个月， 加强实施力度，腾挪 152：30 万元，154：10 万元，不可预见费 6 万元，新增共计 46 万元，在原预算的基础上，增加 123 资源配 置力度；126：1.5 个月，原预算费用 210 万元不变；132：工期增 加到 2.5 个月，必须确保全部完成，根据挣值计算结果，仍按照原预算费用执行不变。
（3）OM1 类装校与在线集成（141）延后半个月开始，但完 成时间保持不变，采取并行分区开展激光大厅 OM1 与靶场 OM1 在线集成， 提升工作效率，总费用原则按原预算执行；142没有严苛洁净环境要求，仍按原计划执行不变。
（4）为了确保总工期，151 工期由 2 个月压缩为 1.5 个月； 费用仍按原预算执行；152 工期均由 2 个月压缩为 1.5 个月、 154 工期由 2 个月压缩为 1 个月；相应的费用调减分别为： 30万元、10 万元。
（5）加强动态监控，将 9 月 30 日设置为新的检查点，届时再次进行计划检查，及时掌握进度计划执行的动态情况。
根据所确立的纠偏原则和措施，重新制定束组进度甘特图和网络图（略），并按照调整安排，形成纠偏费用调整表。 详见表 7。
按规定在第 9 个月末，再次对调整后的网络计划执行情况进行统计分析，并对关键路径（CPM）的算例计算，计算挣值结果，直至逼近设定目标。
四、分析结论
一组系统方法的集成化运用于 ICF 以束组为最小工程单元的总体集成综合目标管控；模拟分析及算例结果支持其过
程控制的有效性。大型复杂系统的塑造过程， 非系统化的方法集成运用，不足以满足多目标集合的系统工程实践要求；尤其是技术复杂、规模庞大、周期长， 以大工程方式推动的科学研究，系统方法的集成化运用，集中反映复杂系统实践要求。
参考文献：
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