核电企业数字化转型论述

马仪炜 高媛

数据模型构建的目的是使工业软件对特定范围的业务数据具备承载力。在核电厂设计协同的过程中，会产生大量业务数据，为了实现对这些多源异构数据的集中管理，需要对业务数据进行分析、归纳、抽象与定义，形成若干维度分类分解结构模型，既包含物项本体模型1、单一维度的关系模型2，也包含跨维度的关系模型3。核电厂数据模型需在业务多维分解结构的基础上，进一步探索模型跨维度关联融合的方式，从而构建统一的关联融合模型。

本文选取电厂分解结构（PBS）、工作分解结构（WBS）以及组织结构和人员分解结构（OBS）作为典型场景进行研究，研究的结论能够为其他维度数据的关联融合提供思想指导与理论支撑。

一、分类分解结构综述

“分类结构”是指在系统论的视角下，基于维度立场实现对物理世界分类的过程。每一种分类都代表了对物理世界某一类事物的归纳抽象表达。例如，从维度划分的角度来分析，我们要完整表达一个物理核电厂的分解结构，首先需要按维度进行归纳、分类与抽象。经抽象后的“系统维度”可以用以表达系统、子系统、设备、部件、零件以及物项间的关系。

“分解结构”是指针对单一特定维度类型数据分解的过程，其典型特征是父项由一个或多个子项组成。由于每个维度的数据类型均是经高度抽象后的范畴表达，因此，在不同维度上，均应有其对应的分解结构。例如，一个“系统”可被分解为多个“子系统”、每个“子系统”又可被分解为多个“设备”、每个“设备”又可被分解为多个“部件”或“零件”，依此类推。

（一）电厂分类分解结构

电厂分解结构Plant Breakdown Structure（以下简称“PBS”），描述了组成物理核电厂的所有物项以及各物项间的组成关系。PBS以树形结构将各类物项有机地组织在一起。从本体论出发，基于对物理核电厂的认识，PBS首先对组成物理核电厂的数据进行维度上的分类，可将电厂结构划分为系统维度、建筑结构维度和空间维度。在各自的维度上，再对组成这个维度的数据进行分解，并通过“组成关系”进行连接。其中，系统维度可以按子系统、设备、部件、零件的层级来逐级分解；建筑结构维度可以按建筑结构层、建筑结构构件、建筑结构部件、建筑结构零件的层级来逐级分解；空间维度可按室外空间和室内空间进行分类，再通过对两个维度的分解来实现空间维度的数据组织，室外空间通过轴网坐标进行定位，室内空间分解为层、房间（详见图1）。

（二）工作分类分解结构

工作分解结构Work Breakdown Structure（以下简称“WBS”）是核电厂设计业务“任务驱动”的典型模式，WBS在任务维度描述了核电厂各设计任务间的组成关系。在核电厂设计业务中，通常会包含两种不同类型的“任务”：一类任务是多专业提资任务（通常以接口控制手册（ICM）任务的形式表达）；另一类任务是设计成果发布任务（通常以工程文件索引（IED）的形式表达）（详见图2）。

（三）组织及人员分解结构

组织分解结构Organization Breakdown Structure（以下简称“OBS”）是指按照公司组织机构层级的方式，实现对组织结构的分解。OBS从职能和项目维度进行分类，包括实体组织、虚拟组织、项目组织和人。人由不同类型的属性来共同说明，“人”从属于1至N个“组织”。通过树状结构组织OBS数据，实现组织及人员的分解（详见图3）。

二、多维数据关联融合思想研究

（一）研究方法

每一类分解结构都清晰表达了该维度数据的组成关系，但是各维度分解结构之间的数据是相互独立的。核电厂多维数据关联融合的基本思想是构建统一的数据模型，以确保不同维度数据间的关联融合。要实现多维度数据的关联融合，我们首先要对多维数据间的业务关系进行分析，并在此基础上将其抽象成不同类型的“关系模型”，当业务数据进入系统时，应使用对应的关系模型来承载实际的业务。

本文在基于“业务驱动”的模式下进行分析研究，即基于设计提资交换的数据进行分析，进而得出提资所包含的数据信息，再将这些数据信息映射至不同的数据模型（包括关系模型），最终实现关联融合的数据结构表达。

（二）分类分解結构关联融合说明

核电厂分解结构是构建“数字化核虚拟电厂”的基础，它以PBS的形式进行呈现，在数据管理系统建设过程中，应建立以PBS为核心的数据集中管理与统一组织机制，其他维度的分解数据通过关联关系与PBS上的节点进行关联。

以一次设计活动为例，WBS结构树中的某一任务节点应与具体的设计数据进行关联。同时，由于设计活动由人参与完成，因此，组织及人员分解结构中的人也应与PBS建立关联。

（三）多维设计数据关联融合方式

以工艺专业设计为例，分析数据关联关系的建立，并描述多维设计数据的关联融合方式。

1. 设计人员在完成工艺系统设计后，将工艺系统设计成果提交至数据管理系统，包括流程图文件及结构化数据；

2. 工艺系统流程图文件会以“文档对象”的形式进行存储，文档对象创建成功后，将建立“文档关联关系”与PBS结构下相应节点进行关联；

3. 由于工艺设计是任务驱动创建的，因此，还应建立“文档对象”与“任务对象”之间的“任务关联关系”，以表达设计成果是在任务驱动下进行的；

4. 描述工艺系统的结构化数据则以“业务对象”的形式进行创建，并通过“组成关系”与PBS节点进行关联；

5. 进一步创建“业务对象”之间的关联关系，例如，管道与离心泵直接相连，因此，应建立管道与离心泵间的“连接关系”，以表达管道与离心泵直接相连；

6. 设计任务是由設计人员完成的，因此，还应建立“文档对象”与“人员对象”之间的“引用关系”，以表达某一类型的对象是由某人进行设计的。

随着各专业设计深入，PBS结构树与其他维度分解结构树之间的关联关系会不断增加，多维分解结构在数据管理系统内便会形成一张复杂的、关联融合的网状结构，能够以数字化的手段完整表达一座核电厂的组成及不同的关联融合关系（详见图4）。

综上所述，不同维度的设计数据关联融合，本质上就是数据和文件在不断进入系统的过程中，按照预先分析、抽象的数据模型对不同类型的关系进行承载，比如PBS和物项的关系、PBS和WBS的关系、PBS和OBS的关系、PBS和文档的关系、PBS中物项与空间的关系等，进而实现对不同维度数据对象间的关联融合。

三、结论

面对越来越精细化的管理要求，数据的深度治理是每个企业实现数字化转型的必经之路，如何结合当下技术发展趋势和新的理念，优化现有数据管理方式，更好地推动变革，是企业必须面对的问题。本文从核电设计业务实践出发对多维数据关联融合方式进行了整体思考与研究，希望对构建核电工程设计业务统一数据模型提供更多思路参考。

（作者马仪炜，华北电力大学控制理论与控制工程专业硕士研究生、高级工程师，研究方向：核电厂数字化转型，现供职单位：中国核电工程有限公司；作者高媛，华北电力大学控制理论与控制工程专业硕士研究生、高级工程师，研究方向：核电厂控制室设计）

1 物项本体模型，是由一组属性描述的物项对象。物项本体模型可用于表达物项自身所具备的功能、参数等。

2 单一维度的关系模型，是某一特定维度的数据组织方式，以关系的形式进行表达。同时，关系模型自身也由不同的属性组成。

3 跨维度的关系模型，是不同维度上的数据组织方式，以关系的形式进行表达，通常是指两个不同维度上对象间的关系，其关系模型由不同的属性组成。