Mathematical model of value chain optimization for nuclear safety projects

Abstract

Nuclear safety projects are critical for ensuring the secure and sustainable operation of the global nuclear energy sector, yet they are frequently challenged by escalating costs, prolonged schedules, and complex supply chains. Traditional project management methods often fail to capture the interdependencies and high-stakes trade-offs inherent in these projects' multi-stage value chains. This paper addresses this gap by proposing a novel, integrated mathematical model for optimizing the value chain of nuclear safety projects—from design and procurement through construction and commissioning. We develop a mixed-integer linear programming (MILP) formulation that holistically integrates key decision variables, including supplier selection, logistics routing, inventory management, and activity scheduling. The model's primary objective is to minimize total lifecycle cost and project duration while treating safety, quality, and regulatory compliance as inviolable constraints. A case study based on a representative safety upgrade project is presented to validate the model. The results demonstrate the model's capability to generate optimized project plans, identify critical cost and schedule drivers, and perform robust sensitivity analysis on parameters such as resource availability and regulatory review timelines. The proposed framework provides project managers and decision-makers with a powerful, quantitative tool for strategic planning and resource allocation. By enabling a systems-level view of the project value chain, this work contributes to enhancing the economic efficiency and execution predictability of nuclear safety initiatives without compromising their fundamental safety imperative.

Проєкти ядерної безпеки є критично важливими для забезпечення надійної та сталої експлуатації світового сектору ядерної енергетики, проте вони часто стикаються з викликами у вигляді зростання витрат, подовження термінів та складних ланцюгів постачання. Традиційні методи управління проектами часто не здатні врахувати взаємозалежності та критичні компроміси, властиві багатоетапним ланцюгам створення вартості цих проектів. Дана робота вирішує цю проблему, пропонуючи нову інтегровану математичну модель для оптимізації ланцюга створення вартості проектів ядерної безпеки – від проектування та закупівель до будівництва та введення в експлуатацію. Ми розробляємо формулювання задачі змішано-цілочисельного лінійного програмування (MILP), яке цілісно інтегрує ключові змінні прийняття рішень, включаючи вибір постачальників, логістичні маршрути, управління запасами та планування робіт. Основною метою моделі є мінімізація загальної вартості життєвого циклу та тривалості проекту, при цьому безпека, якість та відповідність нормативним вимогам розглядаються як непорушні обмеження. Для валідації моделі представлено практичне дослідження (case study) на прикладі репрезентативного проекту з модернізації безпеки. Результати демонструють здатність моделі генерувати оптимізовані плани проектів, визначати критичні фактори витрат і графіків, а також проводити надійний аналіз чутливості таких параметрів, як наявність ресурсів та терміни регуляторного розгляду. Запропонована структура надає менеджерам проектів та особам, що приймають рішення, потужний кількісний інструмент для стратегічного планування та розподілу ресурсів. Забезпечуючи системний погляд на ланцюг створення вартості проекту, ця робота сприяє підвищенню економічної ефективності та передбачуваності виконання ініціатив у сфері ядерної безпеки без шкоди для їхнього фундаментального імперативу безпеки.