工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在核電應(yīng)用的模式分析與場景研究

楊 強(qiáng)，秦緒濤，張鈞鳴，景應(yīng)剛，李榮君，徐 奎，蘭 洋

(1.江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222000；2.中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，湖北 武漢 430000)

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正蓬勃興起，制造業(yè)加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向延伸拓展，軟件定義、數(shù)據(jù)驅(qū)動、平臺支撐、服務(wù)增值、智能主導(dǎo)的特征日趨明顯，加快發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，不僅是各國順應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展大勢，搶占產(chǎn)業(yè)未來制高點(diǎn)的戰(zhàn)略選擇，也是我國加快制造強(qiáng)國和網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國建設(shè)，推動制造業(yè)質(zhì)量變革、效率變革和動力變革，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的客觀要求。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)云平臺的延伸發(fā)展，其本質(zhì)是在傳統(tǒng)云平臺的基礎(chǔ)上疊加物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)，構(gòu)建更精準(zhǔn)、實(shí)時、高效的數(shù)據(jù)采集體系。包括存儲、集成、訪問、分析、管理等功能性平臺，實(shí)現(xiàn)工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、知識的模型化、復(fù)用化，最終形成資源富集、協(xié)同參與的制造業(yè)生態(tài)[1-4]。

黨中央、國務(wù)院高度重視互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展。習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，要深入實(shí)施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略。李克強(qiáng)總理在今年政府工作報告中提出發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。2017年11月，國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》，提出著力建設(shè)網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全三大功能體系，實(shí)施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)及推廣工程，形成多層次、系統(tǒng)化的平臺發(fā)展體系。隨著國家層面對產(chǎn)業(yè)升級、創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)新動能的進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為智能制造的基礎(chǔ)平臺，將會在整個制造業(yè)發(fā)展過程中起到越來越關(guān)鍵的作用[5，6]。

隨著電力市場的不斷變化以及應(yīng)對當(dāng)前電價工作面臨的嚴(yán)峻形勢的需要，核電企業(yè)需要通過提質(zhì)增效來提升成本管理核心能力，依托信息化管理，全面提升管理水平，深化對標(biāo)創(chuàng)優(yōu)，精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)質(zhì)量效益雙提升。核電廠作為傳統(tǒng)制造企業(yè)，如能將大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的業(yè)務(wù)場景中，發(fā)揮新技術(shù)對于生產(chǎn)運(yùn)營和經(jīng)營管理等相關(guān)領(lǐng)域的支持，能夠有效提升核電企業(yè)的核心競爭力[7-9]。

1 建設(shè)意義

加快建設(shè)和發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，對于核電企業(yè)而言具有重要意義。

一方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主要特征的新工業(yè)革命的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，加快其發(fā)展有利于加速核電行業(yè)智能制造發(fā)展，更大范圍、更高效率、更加精準(zhǔn)地優(yōu)化核電企業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)資源配置，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，催生新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式，為制造強(qiáng)國建設(shè)提供新動能。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還具有較強(qiáng)的滲透性，可從核電行業(yè)擴(kuò)展成為產(chǎn)業(yè)上下游的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)化、智能化升級必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)核電產(chǎn)業(yè)上下游、跨領(lǐng)域的廣泛互聯(lián)互通，打破“信息孤島”，促進(jìn)集成共享。

另一方面，建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，有利于促進(jìn)以云計算技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)和計算基礎(chǔ)設(shè)施的演進(jìn)升級，鍛煉一支掌握云計算數(shù)據(jù)中心建設(shè)涉及各技術(shù)領(lǐng)域核心能力的團(tuán)隊，擁有面向外部市場提供從業(yè)務(wù)咨詢、平臺建設(shè)到應(yīng)用推廣等多方面服務(wù)的能力。促進(jìn)圍繞ERP、EAM、ECM、ERDB等核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。通過加強(qiáng)頂層設(shè)計、統(tǒng)籌部署，揚(yáng)長避短、分步實(shí)施，能夠開創(chuàng)核電行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新局面，為企業(yè)發(fā)展賦予新的動能。

2 問題和應(yīng)對

2.1 問題1：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的選型與建設(shè)問題

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是眾多工業(yè)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集合，選擇一個合適的平臺對于后續(xù)基于平臺開展企業(yè)的設(shè)備上云和云上應(yīng)用開發(fā)至關(guān)重要。既要避免被商業(yè)軟硬件平臺綁架，也要避免企業(yè)級產(chǎn)品的開發(fā)利用受制于人。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目復(fù)雜度高，按照傳統(tǒng)的集成實(shí)施項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)理工作，難以把握項(xiàng)目的整體完成度和應(yīng)用效果，必須對項(xiàng)目所采用的技術(shù)全面了解，才能達(dá)到實(shí)質(zhì)性監(jiān)理的目的。有鑒于此，核電企業(yè)可以通過與外界具有產(chǎn)業(yè)基金資助的成熟商業(yè)企業(yè)合作，建立產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的合作模式，明確雙方的職責(zé)劃分，將不可控的風(fēng)險合理轉(zhuǎn)移給外部單位，確保企業(yè)項(xiàng)目落地的可控性。按照“保證為我所用、盡量為我所有”的原則最大程度保證項(xiàng)目成果的知識產(chǎn)權(quán)歸屬，確保核電企業(yè)掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心技術(shù)能力，合作形成的成果能夠在行業(yè)內(nèi)得到積累與保留，擁有對同行核電廠的推廣應(yīng)用權(quán)利。

2.2 問題2：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全問題

對于核電這種工業(yè)控制系統(tǒng)的安全直接影響到核安全的企業(yè)而言，必須將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全放在第一位，當(dāng)前國內(nèi)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全保障能力相對薄弱，工業(yè)核心設(shè)備及系統(tǒng)自主研發(fā)能力不足，安全技術(shù)和產(chǎn)品相對匱乏，產(chǎn)業(yè)支撐效應(yīng)不明顯，難以滿足當(dāng)前工業(yè)信息安全發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求。基于此，提升工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全能力、加強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全保障成為核電企業(yè)工業(yè)信息安全工作的重中之重。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的信息安全需要國家、行業(yè)、企業(yè)不同層面共同努力，通過加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)規(guī)劃、加大資金保障力度、加快人才隊伍建設(shè)、加深合作交流推廣四個方面來保障工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息安全體系的建設(shè)，共建工業(yè)信息安全生態(tài)圈，提升工業(yè)安全的核心技術(shù)能力，確保工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的安全落地。

3 核電企業(yè)建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的客觀條件

3.1 核電廠開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施較好

以田灣核電廠為例，儀控系統(tǒng)采用當(dāng)今世界的先進(jìn)的西門子數(shù)字化分散控制系統(tǒng)(DCS)；擴(kuò)建工程5、6號機(jī)組全廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)采用自主知識產(chǎn)權(quán)的核電DCS“和睦系統(tǒng)”；擴(kuò)建廠房無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)投用。這些都為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的邊緣計算建立了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。在IaaS層，田灣核電廠擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)中心，能夠提供穩(wěn)定可靠的計算存儲、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、安全服務(wù)，提供高可用的數(shù)據(jù)服務(wù)，且制定了完備的業(yè)務(wù)連續(xù)性保障措施，能夠作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用的基礎(chǔ)架構(gòu)資源。在PaaS層，田灣核電廠深入研究和探索云數(shù)據(jù)庫、各類服務(wù)中間件以及微服務(wù)架構(gòu)等技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用，融合大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)組件，形成一套以開源產(chǎn)品為基礎(chǔ)依托的應(yīng)用開發(fā)框架，能夠支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的應(yīng)用開發(fā)需要。

3.2 核電廠信息化管理基礎(chǔ)較好

核電廠在參照國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建立起涵蓋項(xiàng)目管理、運(yùn)維、信息安全、數(shù)據(jù)及企業(yè)架構(gòu)等領(lǐng)域的IT管理體系。信息化在做好“高效、可預(yù)測的運(yùn)營服務(wù)提供者”的同時，逐步向“信息資源整合及靈敏方案提供者”擴(kuò)展，致力于在洞察用戶需求的基礎(chǔ)上提供信息化服務(wù)和數(shù)字化工具，努力打造創(chuàng)新型IT職能部門。信息化工作堅持與領(lǐng)先的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推動者們加強(qiáng)創(chuàng)新合作，提升自身技術(shù)能力，為企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定基礎(chǔ)。這些管理能力的積累為引入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供了可靠的管理支撐。

3.3 核電廠設(shè)備管理提升需求強(qiáng)烈

設(shè)備管理的安全性和可靠性不僅關(guān)系到核電機(jī)組的安全可靠，還影響著核電的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)由于設(shè)備問題引起的停堆停機(jī)事件占到總事件的87%，人因和外部事件占13%。因此，有必要加強(qiáng)設(shè)備的可靠性管理，從而提高機(jī)組的安全性和可靠性，減少非停和維修工作，增加經(jīng)濟(jì)效益。核電廠通過成立專責(zé)的設(shè)備管理部門，與維修工作的具體執(zhí)行部門一起研究設(shè)備管理的效益提升。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為提高設(shè)備監(jiān)測和分析能力的利器，引入與應(yīng)用已經(jīng)迫在眉睫。

3.4 核電廠類似工作已開展良久

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中一項(xiàng)重要技術(shù)就是數(shù)字孿生，通過物理實(shí)體和數(shù)字孿生狀態(tài)的連續(xù)同步而實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生與物理實(shí)體集成，將模型與物理實(shí)體的當(dāng)前以及歷史的數(shù)據(jù)交互中，不斷得到改進(jìn)、更新、修正。數(shù)字孿生可直接比對和分析物理實(shí)體的期望值和測量值，在此基礎(chǔ)上實(shí)施更優(yōu)化的控制。數(shù)字孿生可用于物理世界全生命周期的仿真、監(jiān)測、優(yōu)化和驗(yàn)證。這項(xiàng)技術(shù)與核電廠開展數(shù)字化模擬機(jī)管理工作類似，將真實(shí)工況數(shù)據(jù)與模擬機(jī)進(jìn)行結(jié)合就是數(shù)字孿生的雛形?？梢哉f，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)并不新鮮，得益于技術(shù)的發(fā)展能夠更為廣泛地得到應(yīng)用。

4 核電企業(yè)建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的切入點(diǎn)

設(shè)備是核電廠固定資產(chǎn)的重要組成部分，設(shè)備管理水平的提升，是保證核電廠安全穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行的基礎(chǔ)，是構(gòu)建設(shè)備互聯(lián)智能的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)“發(fā)展提速、經(jīng)營提質(zhì)、運(yùn)作提效”的重要支撐。當(dāng)下，無論是“中國制造2025”還是“互聯(lián)網(wǎng)+”，本質(zhì)都是工業(yè)化和信息化相互融合的不斷深化。為深化“兩化”融合，有必要通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的智能監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能運(yùn)營，從而持續(xù)推動管理體制創(chuàng)新，增強(qiáng)企業(yè)經(jīng)營活力，打造核電行業(yè)設(shè)備智能運(yùn)營標(biāo)桿。

設(shè)備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺以設(shè)備的機(jī)械故障、電氣故障、儀表故障在線監(jiān)測為基礎(chǔ)，通過連續(xù)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，詳細(xì)記錄設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)、檢修狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)以故障預(yù)判結(jié)論觸發(fā)運(yùn)維檢修工作流程，從而全面推動設(shè)備狀態(tài)檢修在核電企業(yè)的落地實(shí)現(xiàn)。通過設(shè)備智能運(yùn)維檢修管理，可以掌握設(shè)備的生命周期，合理安排運(yùn)維檢修工作，并可對存在故障隱患的設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)排查，實(shí)現(xiàn)減少設(shè)備非正常下線次數(shù)，防止設(shè)備帶病運(yùn)行，降低設(shè)備大修頻率，節(jié)省設(shè)備運(yùn)維費(fèi)用，并切實(shí)降低非計劃停機(jī)事故發(fā)生次數(shù)。

在技術(shù)上，設(shè)備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺將實(shí)現(xiàn)對企業(yè)內(nèi)的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)設(shè)備狀態(tài)的全面監(jiān)測，包括對電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流、電壓、溫度等工藝量信號接入和設(shè)備運(yùn)行振動數(shù)據(jù)及客體表面溫度的采集，通過對設(shè)備自帶工藝量信號的提取和振動傳感器部署實(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)完整的監(jiān)測。通入設(shè)備智能運(yùn)維檢修管理功能，利用系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)械故障診斷模型、電氣故障診斷模型和儀表故障診斷模型對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)故障判斷和定位，利用系統(tǒng)的報表功能，為設(shè)備運(yùn)維和檢修管理決策提供支撐。為檢修作業(yè)流程和標(biāo)準(zhǔn)提供建議，同時實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場知識經(jīng)驗(yàn)的積累和沉淀，促進(jìn)整體管理水平的提升。

借助設(shè)備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、縮短設(shè)備定期檢測周期，細(xì)致記錄總結(jié)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，掌握設(shè)備生命周期，對存在故障隱患重點(diǎn)檢測；實(shí)現(xiàn)減少在線運(yùn)行設(shè)備非正常下線次數(shù)，降低設(shè)備大修頻率，節(jié)省設(shè)備修理費(fèi)用成本，嚴(yán)防設(shè)備帶病作業(yè)，明確設(shè)備事故責(zé)任等工作目標(biāo)，從而降低設(shè)備維修故障率，力爭將非計劃停堆事件降為0。

5 核電企業(yè)建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景

5.1 核電全壽期實(shí)體對象知識圖譜

知識圖譜是以語義網(wǎng)絡(luò)為骨架構(gòu)建起來的巨型、網(wǎng)絡(luò)化的知識系統(tǒng)，能捕捉并呈現(xiàn)領(lǐng)域概念之間的語義關(guān)系，使瑣碎、零散的知識相互連接，支持綜合性知識檢索以及問答、決策支持等智能應(yīng)用。核電廠實(shí)體對象知識圖譜主要是以核電廠實(shí)體對象為骨架構(gòu)建的知識圖譜體系，以現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫資源為知識圖譜填充內(nèi)容。可視化的語義圖可以形象地表達(dá)領(lǐng)域概念之間的關(guān)聯(lián)，用戶可通過交互的方式來瀏覽領(lǐng)域概念，選擇其中的某個概念開始構(gòu)造查詢或搜索。核電廠實(shí)體對象知識圖譜能增強(qiáng)核電廠實(shí)體對象知識資源的聯(lián)通性，支持用戶在概念層次上瀏覽領(lǐng)域知識資源，發(fā)現(xiàn)核電廠實(shí)體對象概念或知識資源之間的潛在聯(lián)系。

基于核電廠實(shí)體對象知識圖譜在傳統(tǒng)的檢索系統(tǒng)中嵌人“知識圖譜卡片”，系統(tǒng)會根據(jù)用戶的輸入識別出概念，列出概念的核心信息和相關(guān)信息。用戶可根據(jù)不同需求了解概念及其相關(guān)知識，在相關(guān)概念之間進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，從而對檢索點(diǎn)進(jìn)行全方面的了解。這種基于知識圖譜的檢索系統(tǒng)不僅直接提供給用戶輸入的知識，而且提供了相關(guān)的信息，方便檢索。

基于核電廠實(shí)體對象知識圖譜實(shí)現(xiàn)核電廠實(shí)體對象知識地圖系統(tǒng)，知識地圖以可視化概念圖的方式形象地表達(dá)領(lǐng)域概念之間的關(guān)聯(lián)，用戶可通過交互式的方式來瀏覽核電廠實(shí)體對象相關(guān)概念，選擇感興趣的概念查詢?yōu)g覽。知識地圖能夠?qū)崿F(xiàn)對核電廠實(shí)體對象知識的有效組織和導(dǎo)航，協(xié)助用戶快速找到所關(guān)注的知識點(diǎn)，有可能幫助用戶發(fā)現(xiàn)潛在的知識等。

基于知識圖譜搭建核電廠實(shí)體對象維基百科系統(tǒng)，面向核電廠實(shí)體對象工作者和用戶提供百科全書式的知識服務(wù)。核電廠實(shí)體對象維基百科系統(tǒng)按概念實(shí)體對知識和文獻(xiàn)進(jìn)行組織，將知識圖譜中關(guān)于某個概念實(shí)體的知識以百科形式綜合呈現(xiàn)出來，包括該概念的名稱、類型、簡介、文字信息以及語義關(guān)系等，列出與該實(shí)體相關(guān)的文獻(xiàn)題錄。相較于傳統(tǒng)的維基百科，基于核電廠實(shí)體對象知識圖譜的維基百科是利用知識圖譜將已有的核電廠實(shí)體對象信息資源有序組織起來，提供知識點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性，具有自動提供知識并能追溯知識源的特點(diǎn)。

5.2 設(shè)備故障智能診斷與預(yù)測性維修

傳統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測主要依靠人工定期采集設(shè)備的振動參數(shù)和油質(zhì)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)有限的狀態(tài)監(jiān)測。隨著傳感技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)開始朝著自動化、智能化的方向發(fā)展。通過在設(shè)備上增加振動、溫度、噪聲等傳感器，并與實(shí)時數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行集成，能夠?qū)⒃O(shè)備物理模型與數(shù)理模型進(jìn)行同步對照，形成多維度診斷分析的依據(jù)。實(shí)現(xiàn)的典型功能目標(biāo)包括：

實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)參數(shù)的同步與融合。融合核電廠實(shí)時數(shù)據(jù)系統(tǒng)抽取的標(biāo)準(zhǔn)格式化數(shù)據(jù)、就地振動傳感器上傳的高頻振動數(shù)據(jù)、油質(zhì)傳感器通過RS485通信接口上傳的廠家自定義格式數(shù)據(jù)以及聲學(xué)傳感器通過PCI接口上傳的文本數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)不同來源數(shù)據(jù)的解析、同步與融合。

實(shí)現(xiàn)基于多元狀態(tài)評估的異常判斷。數(shù)據(jù)經(jīng)過同步和融合后不能直接用來進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)評估，必須經(jīng)過一定的預(yù)處理。在進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)評估時，單個或少量參數(shù)很難達(dá)到預(yù)期效果，必須是多元的。通過計算多元參數(shù)之間的耦合關(guān)系，然后與大量歷史記錄進(jìn)行比較，從而對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評估。

實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)變化趨勢的自動識別、分析和預(yù)測。核心參數(shù)變化趨勢能在一定程度上反映設(shè)備的健康狀態(tài)變化趨勢，建立參數(shù)變化趨勢的自動識別、分析和預(yù)測有助于更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。

實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)提前預(yù)警。設(shè)備狀態(tài)變化效應(yīng)從時效性來說是噪聲分析>振動頻譜分析>振動幅值監(jiān)測>溫度監(jiān)測>油質(zhì)監(jiān)測。通過加裝聲學(xué)傳感器并引入振動頻譜分析和聲學(xué)分析能夠較早地檢測到設(shè)備狀態(tài)的輕微變化，從而實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警。采用多元狀態(tài)估計方法，通過比較當(dāng)前健康數(shù)據(jù)和歷史健康矩陣的相似度，然后與設(shè)定門限進(jìn)行比較，也能達(dá)到發(fā)現(xiàn)設(shè)備輕微異常提前進(jìn)行狀態(tài)預(yù)警的目的。最后通過對核心參數(shù)趨勢預(yù)測，然后比較預(yù)測結(jié)果與設(shè)定門限的差值距離，也能實(shí)現(xiàn)一定程度的提前預(yù)警。

實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)模型和機(jī)理模型相融合的設(shè)備故障智能診斷。在實(shí)際應(yīng)用中僅實(shí)現(xiàn)異常檢測與判斷往往是不夠的，工程師希望能夠有一種手段幫助其定位問題發(fā)生的部位和原因。系統(tǒng)將用數(shù)據(jù)模型和機(jī)理模型兩種方法來進(jìn)行故障定位和分析。數(shù)據(jù)模型通過借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，以異常測點(diǎn)預(yù)警的形式粗略定位異常指標(biāo)和故障部位。機(jī)理模型則是借助振動頻譜分析和聲學(xué)分析的手段精準(zhǔn)定位故障發(fā)生的部件和位置。

5.3 大修模擬仿真平臺

核電廠大修存在工期短、項(xiàng)目多、工作量大、工作接口多等特點(diǎn)，有大量交叉作業(yè)任務(wù)，且工作環(huán)境復(fù)雜，存在很高的人因風(fēng)險和輻照風(fēng)險。為了提高工作效率，優(yōu)化和減少大修工期，合理調(diào)配大修支持資源，需要采用模擬仿真技術(shù)對大修過程進(jìn)行模擬操作，以實(shí)現(xiàn)和降低大修不可預(yù)期事件發(fā)生，合理安排大修工期和提前做好維修預(yù)案。

大修模擬仿真平臺實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與設(shè)備三維視圖，融合大修進(jìn)度計劃、維修項(xiàng)目任務(wù)、資源調(diào)配、成本控制、安全監(jiān)督、輻射防護(hù)、質(zhì)量控制等維度，實(shí)現(xiàn)大修實(shí)景模擬仿真，用以預(yù)測風(fēng)險，調(diào)控任務(wù)及資源，有效優(yōu)化大修計劃安排，管控實(shí)施進(jìn)度，保證大修實(shí)際有序開展。比如，構(gòu)建三維模型，可查看設(shè)備任意剖面、設(shè)備內(nèi)部和零部件結(jié)構(gòu)，三維模型與設(shè)備屬性參數(shù)、相關(guān)圖紙關(guān)聯(lián)，細(xì)化到檢修中需要拆卸回裝的所有部件；檢修工藝三維仿真，主要包括檢修過程中的工藝步驟三維動畫，展示設(shè)備拆裝過程，關(guān)鍵步驟含有放大細(xì)節(jié)展示場景；檢修路徑三維仿真，主要包括大修檢修路徑實(shí)施步驟三維動畫，模擬檢修工作進(jìn)程，檢驗(yàn)檢修進(jìn)程、步驟適宜性和可行性，模擬排程實(shí)現(xiàn)檢修路徑優(yōu)化；檢修經(jīng)驗(yàn)反饋事件三維仿真，根據(jù)典型事件報告對事件進(jìn)行細(xì)致深入的模擬仿真分析，明確事件原因，制定防止事故發(fā)生的糾正措施并進(jìn)行模擬仿真驗(yàn)證。

5.4 移動維修操作及業(yè)務(wù)管控平臺

針對移動終端應(yīng)用特點(diǎn)，為提高移動終端系統(tǒng)運(yùn)行速度與效率，盡可能減少PC端因移動終端取數(shù)影響，以及移動端應(yīng)用數(shù)據(jù)對PC端數(shù)據(jù)的改變，建立移動維修操作及業(yè)務(wù)管控平臺，作為PC端與移動終端中間聯(lián)絡(luò)平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互記錄移動端業(yè)務(wù)操作過程數(shù)據(jù)。

移動維修操作及業(yè)務(wù)管控平臺采用基于角色的工作流模型和瀏覽器/服務(wù)器模式的三層體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同角色用戶按照維修管理流程處理不同的節(jié)點(diǎn)任務(wù)，用戶在個人電腦用瀏覽器或智能手機(jī)端用報修管理應(yīng)用APP，均可方便靈活地登錄平臺進(jìn)行任務(wù)處理。系統(tǒng)基本功能模塊包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、維修流程管理、備件庫存管理和統(tǒng)計報表管理。

準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是信息系統(tǒng)順暢運(yùn)行的支撐和前提。移動維修操作及業(yè)務(wù)管控平臺需從PC端獲取大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并及時進(jìn)行更新，以保證數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性，如維修服務(wù)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，備件信息關(guān)聯(lián)備件名稱、規(guī)格、型號和價格，常見維修事件分類設(shè)置默認(rèn)維修要求完成時間，辦公區(qū)域設(shè)置關(guān)聯(lián)座機(jī)號碼及其安裝地址、歸屬科室等信息，員工編號關(guān)聯(lián)員工姓名、手機(jī)虛擬網(wǎng)短號和科室信息等，這些數(shù)據(jù)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中經(jīng)常需要自動關(guān)聯(lián)引用，以提高使用人員工作效率。

維修流程設(shè)計采用基于工作流的角色模型，每個流程節(jié)點(diǎn)的處理人都可以在PC端或手機(jī)端接收訴求單的任務(wù)消息，執(zhí)行處理后提交給后續(xù)節(jié)點(diǎn)處理人，或回退給上一節(jié)點(diǎn)處理人。用戶通過系統(tǒng)平臺提出維修申請，生產(chǎn)計劃人員根據(jù)報修緊急程度進(jìn)行任務(wù)流轉(zhuǎn)，將維修申請指派給相關(guān)職能班組，班組進(jìn)行工作準(zhǔn)備并開展維修，維修完成后由運(yùn)行人員結(jié)票驗(yàn)證，通過后維修人員填寫完工報告并提交關(guān)閉申請。

備件庫存管理模塊包括備件入庫、出庫、退庫、調(diào)撥、報損和備件查詢等功能，能夠規(guī)范和簡化維修人員在手機(jī)端辦理相關(guān)領(lǐng)用及退庫業(yè)務(wù)，提高工作效率。具體使用場景包括，維修人員接到訴求單派工任務(wù)后，根據(jù)報修信息預(yù)判故障原因，并預(yù)估維修所需的材料備件，到備件倉庫領(lǐng)用備件。倉庫管理人員使用掃碼設(shè)備掃描工單的二維碼，讀取對應(yīng)的訴求單編號，再掃描備件上的條形碼，將訴求單和備件出庫記錄建立對應(yīng)聯(lián)系，出庫的備件自動關(guān)聯(lián)到維修單中的材料費(fèi)中。維修師傅完成維修之后只需要輸入對應(yīng)的使用數(shù)量即可，不需要再填寫材料名稱和規(guī)格型號。維修完成時備件如有剩余，可以前往備件倉庫進(jìn)行退庫操作。此外，備件清查模塊可以進(jìn)行庫存盤點(diǎn)，查詢維修人員領(lǐng)用和使用量，避免材料浪費(fèi)。

報修管理平臺的應(yīng)用積累了大量與維修管理相關(guān)的知識和信息，記錄所有設(shè)施設(shè)備的故障現(xiàn)象、故障原因及其解決方案。通過整理和分析這些數(shù)據(jù)信息建立維修知識庫，可以為后續(xù)維修節(jié)省時間和成本。系統(tǒng)提供多樣化的統(tǒng)計報表，通過信息化平臺規(guī)范數(shù)據(jù)輸入，可以進(jìn)行多維度的信息檢索和統(tǒng)計分析，如按報修科室、受理職能部門、緊急程度、報修地址、常見報修事件分類，維修人員統(tǒng)計訴求單數(shù)量和維修費(fèi)用信息。

6 總結(jié)和展望

核電企業(yè)建設(shè)以及應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺有助于推進(jìn)核電安全可靠發(fā)展，迎接電力改革挑戰(zhàn)，推動核能產(chǎn)業(yè)鏈“走出去”，助力“中國制造2025”；能夠有效提升資源效率，為核電企業(yè)的建設(shè)增加更為智能的力量。