数字化技术在核工业企业的应用

2022-05-20罗维

科技视界 2022年12期

罗维

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

0 引言

二十一世纪以来，人工智能、大数据、物联网、5G等新型数字化技术的快速涌现与飞速发展，已经在智能决策、数据采集、数字化模型、数据传输等方面有了广泛应用。核工业作为一个以“安全第一”为首要原则的传统行业，如何借助此次数字化浪潮进行产业升级，是核工业面对的一次重要机遇。本文的目的是探讨如何积极、主动利用新兴数字化技术，制定数字化转型路线，为核工业安全运营、持续创新、确保质量、提高效率、降低风险作出突出贡献。

1 核工业的核心业务关注点

目前中国正处于“百年未有之大变局” 的关键时刻，党中央制定了第十四个五年规划的远大蓝图，规划中明确指出：“加快建设数字经济、数字社会、数字政府，以数字化转型整体驱动生产方式、生活方式和治理方式改变。”对数字化转型的给予了高度重视，体现了国家审时度势，锐意进取，开拓创新的发展思路。

核工业作为典型的技术密集、知识密集、资产密集型行业，具有安全性要求高、投资巨大、建设与运行期漫长、参与方众多等特点，其产业链非常长，包括科研、勘探、核燃料、核工程建设、装备制造、核电与核环保等关键业务，各业务板块之间业务衔接紧密，存在着密切的上下游业务关系，从而构成了一个完整的核工业体系。

安全、质量、经济性、创新等作为主要的业务管控关注点，是衡量一个企业乃至整个行业是否能成功、健康、持续发展的重要指标。鉴于自身行业的特殊性，核工业与其他行业相比较，对安全尤为重视，中国核安全工作的基本原则是：安全第一、依法治核，预防为主、纵深防御，责任明确、独立监管，严格管理、全面保障。鉴于目前多数核电建设存在项目延期、投资超预算等问题，如何缩短核电站建设周期，控制项目成本，确保核工业的持续良性发展，提高核电行业的竞争力，保证经济性，是国际、行业近年关注的焦点。

核电业主主要在确保安全、可靠生产运行的前提下，密切及时监控系统设备运行状况，尽量延长系统与设备使用寿命，合理安排维修计划，减少非计划停机，缩短维修时间，降低运行与维护成本，确保核电运行的经济性。

2 数字化转型应用

为实现核工业的安全、高效与可持续发展，在全行业推行数字化转型是十分有效的手段。面向行业全产业链，应积极采用人工智能、物联网、5G 等技术，为实现核工业数字化转型提供有力支撑。

结合核工业产业链特色，规划各数字化技术在行业各产业链版块的应用。

2.1 研发设计的数字化

通过贯彻以需求为驱动的理念，采用正向设计的模式，将需求梳理与确定作为系统设计工作的起点，通过构建面向需求的数字化模型，体系化地收集、分析、评估与权衡各种需求，作为后续研发工作的依据，确保研发工作的安全与质量。结合最新的数字化技术，深化对国家、国际组织、行业的相关法规标准的研究，实现对标准、规范文档的格式化、数字化处理，将文档中的系统设备、参数与指标等内容，按实体、关系、属性等要素进行识别，通过格式化处理，形成数字化、条目化需求模型，强化对标准、规范的理解，克服传统自然语言文档的缺点，减少歧义，提升了需求梳理与理解的效率与质量。

图1 数字化技术在行业的应用

核电系统作为大型的复杂系统，对安全性要求极高，需要对各设计方案在各种工况与场景下的安全性进行充分评估与验证。为降低研发风险，可以采用数字孪生技术，加强设计与仿真的衔接。通过对真实物理实体进行逻辑、虚拟化的映射与镜像，用数字化逻辑模型来实时、动态、准确地反映真实系统的运行或进行仿真、模拟与试验。在逻辑设计阶段，利用数字化模型将研发设计与仿真模拟工作衔接起来，通过逻辑模型与仿真模型的匹配，构建数字化样机（DMU），实现设计与仿真的一体化（M&S），采用多物理场、多专业融合协同仿真模式，加快研发迭代过程，做到快速试错、快速评估、快速修正，提前发现问题与风险，以便及时改变策略、调整方案，无须等到设备实体制造与使用后再发现问题，从而提升了研发设计的工作效率、降低了研发风险、控制了成本。

2.2 工程建设的数字化

核电工程的建设往往有众多设计单位、设备供应商、施工单位、分包商等参与，项目现场非常复杂，组织人员庞杂，事故隐患众多，安全状况瞬息万变，确保核电建设的安全与质量是工程管理的重中之重。可通过搭建“智慧工地”，全局、实时、有效地监控现场施工情况，为核电建设安全与质量提供数字化、智能化的支撑。利用物联网与5G 技术构建的“智慧工地”，可对项目现场人员进行识别、监控与记录，预防违规操作，确保现场工作安全；对施工设备的运行状况进行实时监控，并将运行数据及时传递给施工方与设备提供方，及时、精确、快速地掌握设备运行情况，降低运行风险；及时、精确地对项目现场、关键位置的噪声、粉尘、有害物、火源等环境信息进行采集与监控，确保建设、施工环境的安全，满足员工对职业安全以及公众对项目施工环境保护的诉求。项目数据的及时、精确、海量地处理与传输，极大地提升了工作效率，降低了管理成本。

核电系统作为典型的复杂系统，有政府机构、业主、EPC 总包方、供应商、监理等众多利益相关者共同参与，其中蕴含了海量的设计、验证、制造、建安与调试等工程信息，传统的以图纸、文档等为载体的移交方式，包含的信息内容有限、结构松散、缺乏精准性、不够直观、不宜理解，导致移交周期漫长，业主无法及时利用移交信息，充分了解系统建设情况，有效指导后续的运行维护工作。数字孪生技术为数字化移交提供了新的重要手段，可向业主移交直观、精细化、数字化的数字孪生模型，采用数字化模型和实际核电站相组合的数字化交付模式，使业主及时、全面、精细化地了解项目建设情况，尽快掌握运行维护知识，加深对核电系统的理解，从而优化移交效果，提升移交效率，改善移交质量，有效提升客户满意度。

2.3 核电运行的数字化

核电站具有安全要求高、运行周期长、投资额高、涉及面广等特点，除了核电站的安全运行备受瞩目外，其经济性也是业界的关注焦点，关系到核电行业的可持续健康发展，业主作为核电站的运营者，在确保安全、可靠生产运行的前提下，也非常关注如何有效控制运行成本，将核电站总拥有成本控制在合理范围内。采用数字孪生模式与技术，构建面向核电运行的数字孪生体，作为实体核电系统的虚拟化、数字化映像，全面、动态、直观、精准地展示系统的运行状况，供运行、维护者进行分析、判断与决策，并对系统进行及时控制，提升运维效率。核电行业作为典型的技术与资产密集型行业，核电系统设备作为核心资产，其运行与维护是管理工作的重点，也是控制运行成本的重要切入点。可利用物联网技术，通过广泛采用各种传感器、射频识别技术、定位等技术实时、高效、高精度地监控设备的运行状况，采集设备运行数据。针对运行数据具有的典型的范围广、来源多样、格式各异、数据量大、快速与连续产生等特点，利用大数据技术，对这些实时产生的数据进行有效的收集、处理与记录。同时，使用人工智能技术的智能算法，对通过物联网、大数据技术采集、存储的海量运行数据进行处理、学习与分析，对设备的运行状态进行科学预测，做到防患于未然，实现预防性维修，避免被动的事后处理，并进一步优化运行与维修计划，适时采购零部件和优化库存，预防安全事件与事故的发生，从而有效确保核电运行安全，提升运行质量，优化运维管理，降低运行成本。

3 数字化转型的思路

首先，企业应该认识到数字化转型的目的是什么，数字化转型绝不只是采用一些新的数字化技术、建设一些信息系统那么简单。数字化转型的根本出发点，是企业为了寻找新的业务增长点、突破口，或者为了降低运营成本、确保生产质量、提升运营效率，从而采用数字化技术，总之，数字化技术是为业务服务的。要想进行数字化转型，首先要有业务转型的动机与要求，应该说，数字化转型为支持企业业务转型提供了重要的手段，是实现企业业务转型的重要工具。数字化转型，如果偏离了这一目标与出发点，很可能导致为了采用新技术而采用新技术，没有意识到数字化技术的工具性，变成舍本逐末，甚至本末倒置、迷失方向。企业只有明确了企业业务目标和发展战略，并以此为出发点，指导数字化转型工作，才能做到业务驱动、有的放矢。

企业如何进行数字化转型?应以企业的战略目标为导向，及时把握数字化新浪潮，以数字化工具为依托，制定确实可行的企业数字化转型规划，做到制定新目标、开拓新业务、构建新流程、依靠新工具。企业在制定数字化转型规划时，应紧扣数字化时代发展的脉搏，与时俱进，主动、广泛地了解数字化潮流，积极学习数字化技术，培养数字化思维，弘扬数字化文化，拓宽思路，敢于打破传统的思维定式；积极创新，勇于寻找新的技术突破口。

企业对自身的发展战略与业务诉求往往有着更清晰、更长远的规划，对自身的业务现状有着更清晰、更透彻的理解，为确保数字化转型的顺利施行，有必要建立企业自身的数字化转型团队，来引领数字化转型工作。应该认识到，与传统的信息化工作相比较，数字化转型工作具有不同思维观念，需从以信息系统为主，转变为数据为主，从以软件为资产，转变为视数据为企业核心资产，更侧重数据的收集、识别、分析与利用。根据新的数字化浪潮，以数字化思维为指导，培养面向数字化转型的人才队伍，确立数字化建设模式，打造企业数字化团队，这是支撑企业成功进行数字化转型工作的重要保障。