孟廣國，裴紅偉，傅春霞，盧 煒，張 晨，林 楨，張 弋

(北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司，北京 100094)

0 引言

數字化儀控系統(tǒng)(digital instrument and control system,DCS)是核電站的“神經中樞”，控制著整個核電站的運行和各類工況處理過程，對于保證核電站安全、可靠、穩(wěn)定運行發(fā)揮著重要作用[1]。而承擔反應堆安全停堆和事故緩解功能的核級控制保護系統(tǒng)，因為要滿足單一故障準則、冗余、多樣性、故障安全、獨立原則等可靠性要求，設計和研制更為復雜。其核心技術過去一直被美國、法國、日本等國家的少數幾個公司掌握。

廣利核公司歷經多年的技術儲備和潛心研發(fā)，于2010年發(fā)布了中國首個自主核級DCS平臺——和睦系統(tǒng)，并于2013年取得陽江5、6號機組一體化DCS供貨合同。這意味著和睦系統(tǒng)將在DCS設備100%自主化、國產化的百萬千瓦級核電機組——陽江5號機組實現(xiàn)首臺套應用。

如何做好自主核級DCS首臺套的質量保證，國內尚缺乏經驗的支撐。經過三年的努力，2016年11月，廣利核向陽江核電完成核級DCS設備交付，實現(xiàn)了百萬千瓦級核電站核級DCS首堆應用工期無延誤，為解決制約我國核電工程建設關鍵路徑的難題作出了示范。

2018年5月23日，陽江核電5號機組并網發(fā)電，實現(xiàn)了核電站“神經中樞”中國造。這也驗證了廣利核創(chuàng)建的核級DCS設計制造質量保證體系的有效性。

1 核安全法律法規(guī)要求

我國堅持從高、從嚴建立核安全法律法規(guī)體系，如圖1所示。國務院有關部門按照職責分工制定核安全標準。核安全標準是強制執(zhí)行的標準。

圖1 核安全法律法規(guī)體系

廣利核公司依照《民用核安全設備監(jiān)督管理條例》(國務院令第500號)及其配套文件、《民用核安全設備設計制造安裝和無損檢驗監(jiān)督管理規(guī)定(HAF601)》、《核電廠質量保證安全規(guī)定》(HAF003-1991)及其相關導則的原則和要求，建立了質量保證體系。

在核級質保大綱的統(tǒng)領下，廣利核公司針對所有對質量有影響的活動制定了程序、細則。公司嚴格按照質保體系文件規(guī)定的要求和方法對安全級產品的設計和制造活動進行控制，及時發(fā)現(xiàn)不符合項并加以糾正，確保安全級產品的質量和可靠性。同時，依據國家的監(jiān)管要求，對核安全級產品設計制造活動及時備案，接受國家核安全局監(jiān)管[2]。

2 核級DCS全生命周期質量保證過程

核電站數字化儀控系統(tǒng)的設計制造是一個綜合、復雜的工程，涉及多學科、多專業(yè)、多工種，并且需要多個部門長期共同協(xié)作。在陽江5、6號機組一體化DCS供貨過程中，涉及產品研發(fā)、工程設計、采購、制造集成、檢查和試驗、運維服務、質保監(jiān)查、質量監(jiān)督等專業(yè)[3]。廠內的設計制造周期通常在20個月以上。自DCS的產品研發(fā)到其在核電站現(xiàn)場長期運行，直至其退役的全生命周期過程中，DCS產品必須保障核電站的高質量和高可靠性的運行。廣利核公司經過自主DCS在陽江5號機組的首臺套應用實踐，驗證了公司全生命周期質量保證過程的有效性，既保證了工程工期，又實現(xiàn)了“零缺陷”出廠，達到了質量、進度、成本的平衡。核級DCS的全生命周期質量保證如圖2所示。

圖2 核級DCS的全生命周期質量保證

HAF003將質量保證活動分為兩類：一類是實現(xiàn)質量的活動，即為使公司安全級產品設計、制造、系統(tǒng)集成和運維服務等活動達到相應的質量所必需的活動；另一類是驗證質量的活動，即為驗證所有工作已正確地履行，驗證所要求的質量已達到并產生了客觀證據所必需的活動。

廣利核公司的核質量保證體系中，實現(xiàn)質量的活動主要包括產品研發(fā)、工程設計、物資采購、生產集成、安裝調試、運維服務等。伴隨著每一項實現(xiàn)質量的活動，公司設置獨立的部門和人員，在不受工作壓力、成本和進度影響的情況下，對核級DCS產品設計制造全生命周期過程開展設計審查、產品測試、進貨檢驗、生產工序檢驗、工程測試、設備鑒定試驗等質量控制(quality control,QC)活動。

針對核級DCS的特點，按照標準要求，對安全級軟件開展獨立的審查評估、專項分析等驗證與確認(verification and validation,V&V)活動。

1.1一般資料選取2016年12月到2017年12月的經超聲、CT或MRI檢查結合臨床病史確診為細菌性肝膿腫的患者72例,男41例,女31例;膿腫直徑為5~18cm。將患者隨機分為細針抽吸組36例,置管引流組36例;其中置管引流組年齡為(30~85)歲,平均年齡(58.8±3.19)歲;細針抽吸組年齡為(32-84)歲。兩組一般資料無明顯差異(P>0.05)。

公司設置獨立的安全量保證部門，針對質保體系各要素，開展質保策劃、質保監(jiān)查、過程審計、管理部門審查等質量保證(quality assurance,QA)活動，依據質量計劃對設定的見證點實施質量監(jiān)督(quality surveillance,QS)活動，項目QA活動、全周期QC活動以及針對安全級軟件的V&V活動等內容，構成了全生命周期質量保證過程的關鍵環(huán)節(jié)[4]。

3 全面的質量控制過程

圖3是核級DCS測試活動圖。

圖3 核級DCS測試活動圖

質量控制的目的是使產品、系統(tǒng)或過程的固有特性達到規(guī)定的要求。質量控制是貫穿在產品形成和體系運行的全過程。對影響質量的人、機、料、法、環(huán)等因素進行控制、驗證，以便及時發(fā)現(xiàn)問題、查明原因、采取措施，防止類似問題的重復發(fā)生，并使問題在早期得到解決，減少經濟損失。質量控制活動包括設計文件審查、生產檢驗、物料檢驗、測試等活動。核級DCS產品構成復雜，包括系統(tǒng)軟件、嵌入式軟件、可編程邏輯、硬件板卡、機箱、機柜、盤臺等。如何對其單個產品以及構成的系統(tǒng)產品進行多層次的全面測試活動，是質量控制的核心。

公司依據HAD 102/16-2004、NB/T 20026-2010、NB/T 20054-2011等標準，經過不斷實踐經驗總結，摸索出一套嚴謹、全面的核級DCS測試過程以及詳細的活動要求，與產品實現(xiàn)的瀑布模型共同構成了測試驗證V模型。各個測試階段緊密銜接，按順序執(zhí)行。

根據軟件工程的質量模型“1∶10∶100定律”，在產品研發(fā)和工程實施過程中，每推遲一個過程階段，缺陷的清除成本將增加10倍。因此，公司將DCS的測試活動盡量提前。測試活動從單元測試開始，包括軟件單元測試、硬件單板測試、可編程邏輯測試；然后是軟件、硬件的產品確認測試以及結構測試；將軟硬件及結構裝配集成一個系統(tǒng)之后，開展系統(tǒng)集成測試、系統(tǒng)測試、工廠測試、工廠驗收測試以及現(xiàn)場改造測試等。

4 獨立的驗證與確認過程

對執(zhí)行安全功能的軟件進行獨立的V&V工作，是保證軟件質量的必要手段之一。核安全級軟件的驗證和確認是基于相關法規(guī)和標準的指導，貫穿于軟件生命周期全過程的、用于驗證軟件生命周期各個階段活動的輸出滿足此活動的要求，并確認系統(tǒng)可以執(zhí)行其預期的功能且滿足用戶需求的一組系統(tǒng)化、工程化的活動[5]。

針對核級DCS軟件的V&V活動必須遵循HAF 102、HAD 102/16等核安全法規(guī)和導則的要求，同時滿足GB/T 13629及IEC 60880等核安全相關標準的要求。在V&V執(zhí)行過程和方法上，選取IEEE Std 1012作為主要指導標準[6]。核級DCS軟件V&V針對軟件生命周期中開發(fā)過程，依次開展概念階段V&V、需求階段V&V、設計階段V&V、實現(xiàn)階段V&V、測試階段V&V活動。每個階段的V&V活動包括若干目的明確的任務。通過這些任務證實軟件產品是符合產品需求和用戶要求，以及符合標準法規(guī)的要求。圖4是核級DCS軟件開發(fā)過程各階段應包含的V&V活動與任務。

圖4 V&V活動與任務圖

5 核級DCS設計制造質量保證良好實踐

①主動與上下游溝通交流，構建透明的核安全文化。

由于陽江5號機組是自主核級DCS在百萬千瓦機組的首臺套應用，為了及時把控安全質量風險，公司主動與上下游進行質量溝通，強化透明的核安全文化，對存在的安全質量隱患及問題，及時制定有效措施，做到發(fā)現(xiàn)問題立即整改。

公司組織定期與工程公司的質量溝通會議，涉及核安全文化、質保體系、供應商管理等內容；組織與國家核安全局、核與輻射安全中心以及華北核與輻射安全監(jiān)督站等監(jiān)管部門召開質量管理研討會，澄清概念、分析案例，主動查找自身質量管理和核安全文化建設方面的不足之處，深入剖析原因并制定改進措施；建立供應商質量幫扶機制，對供應商所承接的外協(xié)產品制造過程中的質量控制流程、重要工藝等進行梳理，排查制造過程質量控制可能存在的薄弱環(huán)節(jié)及風險，與供應商共同制訂改進措施。

②投入充足的質保人員和設備，為打造高質量核級DCS提供資源保障。

為充分落實質量保證組織獨立性要求，廣利核經歷了由人員獨立逐步發(fā)展到完全組織獨立的過程。公司專門成立安全質保部、質量控制部、驗證與確認部，獨立于設計/制造部門，開展各項質量保證和驗證工作；充分的人力資源投入，確保質量保證人員能力、經驗、知識、技能滿足所執(zhí)行質量驗證工作的要求。同時，對公司建設的國內唯一一套核安全級DCS板卡生產線，堅持做到對每一個板卡制造工序進行充分檢查和全面測試，識別和掌控各制造工序質量風險點，確保每個板卡質量可靠，為打造高質量核級DCS提供資源保障。

③使用自動化測試裝置，減少人因失誤。

為確保核級DCS滿足高質量、高可靠性的要求，在交付核電運營方之前，每臺機組要進行全面的功能和性能測試單體測試、集成測試到系統(tǒng)測試的3個大測試階段，涉及32個測試類，共283個測試大項，74 000多個測試小項。為減少人因失誤，提高測試效率，通過搭建包括硬件可靠性測試和基礎平臺系統(tǒng)測試的自動化測試系統(tǒng)，覆蓋了常規(guī)配置、邊界配置、極限配置，并模擬設備真實運行狀態(tài)，自動化測試系統(tǒng)負載達到實際應用系統(tǒng)的2倍。通過自動化測試工具，使單機組DCS測試自動化率達到20%，測試效率提升20(人×月)，累計發(fā)現(xiàn)設計缺陷43 000余條，實現(xiàn)了更廣、更深的測試覆蓋，效率和準確性明顯提高，切實消除了后端工程應用中的質量風險。

④開展錯漏測分析，落實經驗反饋。

開展全范圍的錯漏測分析，通過對廠內FT/FAT發(fā)現(xiàn)的缺陷進行分析，研發(fā)質量防線的漏洞；通過對陽江現(xiàn)場調試過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷進行分析，工程質量防線的漏洞。找到漏掉這個缺陷的根本原因，也就找到了質量防線的漏洞。通過邀請廣核工程公司和運營公司的經驗反饋專家來交流和培訓經驗反饋，提升了根本原因分析方法和思路，進而不斷完善經驗反饋體系，實現(xiàn)收集、篩選分級、原因分析、制定糾正措施、落實、跟蹤和驗證關閉的閉環(huán)處理，確保有分析、有水平展開、有行動、有落實監(jiān)督和評估。

6 結束語

通過分析核級DCS設計制造質量保證法規(guī)和標準要求，建立核級DCS全生命周期質量保證過程、全面的質量控制過程以及針對核級軟件獨立的驗證與確認活動。依托陽江5號機組項目的自主化應用，實現(xiàn)核級DCS全生命周期質量保證活動的具體實踐，并不斷持續(xù)改進和優(yōu)化?？偨Y和睦系統(tǒng)在陽江5號機組工程應用過程中的質量保證良好實踐，為核電領域相關單位后續(xù)開展核級DCS設計制造質量保證提供借鑒。