核電設(shè)備數(shù)字化設(shè)計平臺關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

周建秋，張 潔，趙 棟，黃子參，嚴(yán)家福

（中廣核工程有限公司核電安全監(jiān)控技術(shù)與裝備國家重點實驗室，深圳 518124)

0 引言

目前中廣核設(shè)計院正在積極推進(jìn)“華龍一號”示范項目的研發(fā)工作，使核電由“中國制造”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸袊鴦?chuàng)造”，真正走出國門，參與國際核電市場競爭。作為核電站的核心，核電設(shè)備的自主化研發(fā)設(shè)計是中國核電“走出去”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

核電設(shè)備設(shè)計周期長，系統(tǒng)復(fù)雜，涉及學(xué)科眾多，由設(shè)備設(shè)計原因?qū)е碌难悠诮桓兜葧?dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失，因此規(guī)范設(shè)備的設(shè)計流程，縮短設(shè)備設(shè)計周期，提升設(shè)備設(shè)計質(zhì)量成為核電設(shè)備設(shè)計的主要發(fā)展方向。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，以三維設(shè)計及計算機(jī)輔助工程為主的CAD、CAE工具已經(jīng)在核電設(shè)備的設(shè)計中大量的應(yīng)用，發(fā)揮著重要的作用。但同時如何將單一設(shè)計工具進(jìn)行有效集成，形成規(guī)范的從三維設(shè)計、校核計算到設(shè)計分析驗證的整個流程；在縱向上將單個流程中的數(shù)據(jù)形成統(tǒng)一的輸入輸出文件，以及多次迭代后進(jìn)行有效的產(chǎn)品數(shù)據(jù)及過程管理，在橫向上規(guī)范結(jié)構(gòu)、熱工、水力等多個專業(yè)之間的數(shù)據(jù)接口，變得越來越迫切和重要。原有的分散式設(shè)計和管理模式也已無法滿足當(dāng)今跨部門、跨專業(yè)、跨地域的協(xié)同設(shè)計需求，大量設(shè)計數(shù)據(jù)、設(shè)計經(jīng)驗保存在個人的計算機(jī)內(nèi)，無法進(jìn)行有效的管控，版本不一致的情況時有發(fā)生。多種設(shè)備設(shè)計軟件和信息系統(tǒng)并存，彼此之間缺少有效的信息共享和利用，使得設(shè)計數(shù)據(jù)種類繁多，重復(fù)冗余，檢索困難，數(shù)據(jù)的安全性及共享管理程度低等，許多經(jīng)驗與知識存在遺失的可能。此外，在當(dāng)前的設(shè)計環(huán)節(jié)中，數(shù)據(jù)的來源多種多樣，設(shè)計人員需要與提資系統(tǒng)、設(shè)計生產(chǎn)管理平臺等多個系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，如何研發(fā)一個統(tǒng)一的平臺將這些眾多的系統(tǒng)有效地集成也變得非常重要。

針對以上問題，以數(shù)據(jù)為核心的產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）理念[1～3]被提出并逐漸應(yīng)用到企業(yè)信息化生產(chǎn)中，目前PLM已成為工業(yè)4.0和“中國制造2025”的重要內(nèi)容[4]之一，也是制造業(yè)實現(xiàn)“兩化融合”和智能制造的重要途徑[5]。作為產(chǎn)品生命源頭，設(shè)計數(shù)據(jù)管理[6，7]越來越得到重視。汽車、航空、航天等領(lǐng)域內(nèi)，設(shè)計研發(fā)、分析驗證、數(shù)據(jù)管理、知識管理為一體的集成設(shè)計技術(shù)被研發(fā)并得到廣泛應(yīng)用[8]。核電領(lǐng)域內(nèi)，全廠三維協(xié)同布置設(shè)計[9，10]得到了各核電設(shè)計單位的深入研究和應(yīng)用，達(dá)到了核電多專業(yè)協(xié)同設(shè)計和設(shè)計數(shù)據(jù)統(tǒng)一管控的目的。核電設(shè)備設(shè)計過程主要包含三維建模、力學(xué)仿真分析、強度校核、材料分析等設(shè)計活動。全廠三維協(xié)同布置設(shè)計側(cè)重于核電廠布置設(shè)計，并不適用于核電設(shè)備設(shè)計的各設(shè)計活動需求。

本文針對傳統(tǒng)核電設(shè)備設(shè)計中存在的問題，基于數(shù)據(jù)生命周期管理理念，提出了核電設(shè)備數(shù)字化設(shè)計理論體系，并應(yīng)用研發(fā)核電設(shè)備設(shè)計平臺，實現(xiàn)了設(shè)計任務(wù)管理的電子化、設(shè)計過程的流程化和規(guī)范化、設(shè)計工具的集成與統(tǒng)一調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化組織、外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)無縫式傳遞、經(jīng)驗知識智能化應(yīng)用等。該平臺的研發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗，可以復(fù)制到核電行業(yè)的其它設(shè)計單位，并可推廣到其他相近行業(yè)的工程設(shè)計單位。

1 核電設(shè)備數(shù)字化設(shè)計

根據(jù)核電設(shè)備設(shè)計中存在的問題，確定核電設(shè)備數(shù)字化設(shè)計思路：

以流程為主線，對設(shè)備設(shè)計過程從業(yè)務(wù)流程到設(shè)計流程進(jìn)行規(guī)范化和電子化管理。

以數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對設(shè)計過程數(shù)據(jù)的規(guī)范化管理和智能化應(yīng)用。

以工具封裝為手段，實現(xiàn)對設(shè)計資源的集成應(yīng)用。

以設(shè)計管理模塊為抓手，實現(xiàn)在線的任務(wù)管理、提資、技術(shù)決策等，保障對設(shè)計活動全過程進(jìn)行及時的干預(yù)、協(xié)調(diào)和監(jiān)控。

1.1 核電設(shè)備設(shè)計全流程的建立

1.1.1 設(shè)備設(shè)計流程化

核電設(shè)備種類多、數(shù)量大，每種設(shè)備的設(shè)計要求、設(shè)計準(zhǔn)則、技術(shù)要求各不相同。為規(guī)范和實現(xiàn)設(shè)備設(shè)計活動的管控，針對各設(shè)備設(shè)計方法，結(jié)合眾多項目工程實踐經(jīng)驗反饋，對設(shè)計流程進(jìn)行梳理并充分歸納總結(jié)與完善，建立設(shè)備設(shè)計流程，涵蓋設(shè)備設(shè)計的全過程。

圖1 設(shè)備設(shè)計流程知識管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1.2 封裝設(shè)計經(jīng)驗，實現(xiàn)計算向?qū)Щ?/p>

在核電設(shè)備設(shè)計中，強度校核計算占有重要的位置。中廣核設(shè)計院通過經(jīng)驗積累和總結(jié)已經(jīng)形成了RCC-M、ASME、常壓儲罐GB50341、NB_47003.1等規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)Excel計算模板。在校核過程中，查表、插值計算、數(shù)據(jù)復(fù)制粘貼、編制結(jié)果報告等傳統(tǒng)手工的操作需要設(shè)計人員投入大量的時間，且易出現(xiàn)低級錯誤，此外，各模板散落在個人電腦上，在長時間的使用下易出現(xiàn)版本不一致，導(dǎo)致校核出差錯。針對以上問題，傳統(tǒng)的強度校核計算數(shù)字化研究是通過高級語言編程，開發(fā)相關(guān)計算軟件來代替Excel的計算[11]。但該方式所完成的軟件往往不夠靈活，很多設(shè)計人員仍然選擇Excel模板計算。因此，本文提出采用第三方Excel封裝軟件EASA實現(xiàn)強度校核計算模板的封裝，通過調(diào)用EASA服務(wù)開展校核計算。

流程化邏輯：1）EASA將Excel提供的表格、公式和關(guān)系進(jìn)行封裝，并通過URL提供給應(yīng)用系統(tǒng)給予調(diào)用。2）EASA被調(diào)用后，將得出的計算過程數(shù)據(jù)，包括過程數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)提交至NGINX服務(wù)器中。3）EASA發(fā)出通知提醒應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。4）應(yīng)用系統(tǒng)從NGINX獲取數(shù)據(jù)，可供生成報告書使用。

該方式通過后臺集中管理各計算模板，所見即所得的向?qū)接嬎氵^程，最大限度接近用戶原有使用習(xí)慣。根據(jù)所有的相關(guān)計算結(jié)果，自動生成WORD格式計算結(jié)果報告，將設(shè)計人員從重復(fù)勞動中解放出來，提高設(shè)計效率，降低人因差錯。

1.1.3 CAE分析流程及其標(biāo)準(zhǔn)化

設(shè)備設(shè)計涉及到的計算機(jī)輔助分析的領(lǐng)域非常廣泛，包括了各類設(shè)備的熱工水力分析、電磁性能分析、動力學(xué)分析、應(yīng)力分析、密封分析、疲勞及斷裂分析等。鑒于各類仿真分析活動均采用輸入、調(diào)用軟件分析最后產(chǎn)生輸出結(jié)果的模式，因此提出CAE分析活動流程化。通過設(shè)計流程，實現(xiàn)設(shè)計軟件、設(shè)計步驟、設(shè)計過程數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)關(guān)系的封裝，進(jìn)而實現(xiàn)縱向設(shè)計數(shù)據(jù)和橫向多專業(yè)數(shù)據(jù)的有效管理與追溯，確保設(shè)計過程的規(guī)范化和可控。

1.2 核電設(shè)備設(shè)計數(shù)據(jù)管理

1.2.1 基于模型的設(shè)計數(shù)據(jù)管理

圖2 強度校核計算流程化邏輯關(guān)系圖

圖3 設(shè)計流程結(jié)構(gòu)圖

在設(shè)備三維模型設(shè)計中，SOLIDWORKS、CREO等CAD設(shè)計軟件均配套提供了功能強大的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM），PDM能夠很好地實現(xiàn)產(chǎn)品三維模型的各項管理功能。因此，應(yīng)用成熟的PDM管理模型，通過模型關(guān)鍵信息（模型ID、模型數(shù)據(jù)名稱、模型在PDM系統(tǒng)中的路徑）的鏈接式存儲，可以實現(xiàn)模型在應(yīng)用系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)和應(yīng)用。

圖4 PDM系統(tǒng)集成邏輯圖

1.2.2 材料數(shù)據(jù)庫的集成

核電設(shè)備材料種類繁多，設(shè)計過程中需在數(shù)百種不同材料中選擇。每一種材料都包含了物理性能（如熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散系數(shù)、線膨脹系數(shù)、彈性模量、密度及泊松比）、力學(xué)性能（如不同溫度下應(yīng)力強度限值、極限抗拉強度，屈服強度，基本許用應(yīng)力）和疲勞曲線等屬性。采取規(guī)范化材料數(shù)據(jù)庫管理，便于設(shè)備設(shè)計、三維建模、計算分析過程中直接調(diào)用材料性能數(shù)據(jù)，降低人為選用和人工計算可能造成的差錯，保障數(shù)據(jù)可靠性，提高設(shè)計準(zhǔn)確率和設(shè)計效率。

1.2.3 構(gòu)建設(shè)計數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有價值推送

設(shè)計活動之間不是相互獨立的，而且存在輸入輸出關(guān)聯(lián)關(guān)系的，而且設(shè)計活動之間具有可參考的價值，通過預(yù)定義的規(guī)則，利用互聯(lián)網(wǎng)智能推薦技術(shù)，幫助設(shè)計人員及時準(zhǔn)確地獲取設(shè)計可參考的信息，充分利用已有的設(shè)計數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)價值。

1.3 設(shè)計分析工具的集成

設(shè)計工具是核電設(shè)備設(shè)計的重要組成部分，設(shè)計工具的集成是保證設(shè)計流程可以順利執(zhí)行以及文件和參數(shù)自動傳遞的重要的環(huán)節(jié)。通過對商業(yè)、自編和各種專業(yè)分析工具的統(tǒng)一集成與封裝，實現(xiàn)工具的統(tǒng)一管理與調(diào)度，輸入輸出文件及參數(shù)的自動化入庫管理與關(guān)聯(lián)。

通過網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)執(zhí)行客戶端CMD 命令方式啟動本地軟件，以此為基礎(chǔ)，通過SSH密鑰驗證協(xié)議、XMANAGER相關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)用戶在本地客戶端與遠(yuǎn)程服務(wù)器上應(yīng)用軟件的交互設(shè)計，最后，根據(jù)用戶制定的規(guī)則自動將指定的分析結(jié)果文件統(tǒng)一抓取到服務(wù)器。為了解決軟件安裝路徑的問題，提出了軟件啟動引擎的機(jī)制，對于本地軟件的啟動，通過啟動該引擎，執(zhí)行輸入文件，查找客戶端注冊表，調(diào)用相應(yīng)軟件，對于遠(yuǎn)程服務(wù)器（高性能計算平臺、計轉(zhuǎn)軟件服務(wù)器）的軟件執(zhí)行，提前在引擎中配置好軟件的執(zhí)行路徑及參數(shù)接收方式，通過直接調(diào)用該引擎并傳入?yún)?shù)及輸入文件，可直接在遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)起作業(yè)任務(wù)，調(diào)用高性能計算平臺中的計算分析軟件及硬件資源，并將計算結(jié)果自動抓回，實現(xiàn)無縫集成，提升設(shè)計效率，簡化設(shè)計操作。

1.4 設(shè)計過程管理

以設(shè)計任務(wù)的方式管理設(shè)計活動，便于進(jìn)度跟蹤、進(jìn)度控制和統(tǒng)計報表等。任務(wù)管理是設(shè)計的基礎(chǔ)，按照實際項目的方式管理設(shè)計任務(wù)，由項目管理工程師根據(jù)核電任務(wù)統(tǒng)籌安排設(shè)備設(shè)計任務(wù)，逐級分解，最終落實到具體設(shè)計任務(wù)。設(shè)計人員收到設(shè)計任務(wù)后開展設(shè)計活動，形成成品文件，同時記錄、保存設(shè)計過程信息。項目管理工程師可總體監(jiān)控項目任務(wù)開展情況并進(jìn)行統(tǒng)計，各層級負(fù)責(zé)人則實時跟蹤整個設(shè)計過程。

設(shè)計輸入是設(shè)計活動開展的先決條件，設(shè)計輸入的有效管控也是設(shè)備設(shè)計質(zhì)量得以保障的前提。

圖6 CAE分析流程示例

圖7 強度校核計算

設(shè)計過程控制流程，實現(xiàn)了對設(shè)計策劃、設(shè)計輸入控制、設(shè)計分析控制、設(shè)計評審、設(shè)計驗證和設(shè)計輸出控制等設(shè)計活動的邏輯關(guān)聯(lián)，該邏輯關(guān)聯(lián)基于法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、程序規(guī)范中對設(shè)計質(zhì)量保證要求以及特定專業(yè)設(shè)計要求而建立。

2 核電設(shè)備設(shè)計平臺

基于以上理論體系，本文應(yīng)用研發(fā)出核電設(shè)備設(shè)計平臺，該平臺的技術(shù)框架如圖5所示，以B/S架構(gòu)的方式呈現(xiàn)給設(shè)計人員，平臺包括設(shè)計過程管理與協(xié)同設(shè)計兩個模塊。設(shè)計過程管理主要實現(xiàn)多級任務(wù)管理、內(nèi)部提資、所內(nèi)決策、函件管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。協(xié)同設(shè)計模塊包含了設(shè)計工具、設(shè)計流程、設(shè)計數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范四個子模塊。設(shè)計工具模塊中實現(xiàn)了本地和遠(yuǎn)程設(shè)計工具的一體化調(diào)度，自研程序的集成，設(shè)計輸入輸出的全部或部分自動化管理。設(shè)計流程模塊將設(shè)計過程中的工具、數(shù)據(jù)、提資、知識等有效地集成封裝成模板，達(dá)到設(shè)計流程的管控和設(shè)計過程的復(fù)用。設(shè)計數(shù)據(jù)模塊實現(xiàn)了設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化組織與管理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)權(quán)限控制、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)輕量化瀏覽、根據(jù)設(shè)計報告模板自動生成計算報告等功能。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范模塊通過對RCCM、ASME、國標(biāo)等規(guī)范的強度計算的封裝以及規(guī)范材料庫的建立，實現(xiàn)設(shè)計經(jīng)驗的積累。

圖5 技術(shù)架構(gòu)

圖8 三維模型在線瀏覽

2.1.設(shè)備三維設(shè)計、校核計算以及仿真分析全過程，打造CAD/CAE一體化設(shè)計環(huán)境

為了實現(xiàn)仿真設(shè)計過程規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，平臺定制了各類設(shè)計的流程模板，設(shè)計人員通過實例設(shè)計模板開展相關(guān)的仿真設(shè)計。以反應(yīng)堆壓力容器RPV其中的力學(xué)分析為例，整個設(shè)計流程包含了計算輸入?yún)?shù)、建立有限元模型、應(yīng)力計算求解、應(yīng)力評定四個設(shè)計活動。第一個設(shè)計活動提供了三維模型等的輸入文件上傳和輸入?yún)?shù)填寫，后面三個設(shè)計活動分別調(diào)用HyperMesh網(wǎng)格劃分、ANSYS求解以及應(yīng)力評定。各個活動所生成的過程數(shù)據(jù)能夠在活動之間實現(xiàn)傳遞和關(guān)聯(lián)。

平臺歸納總結(jié)強度設(shè)計經(jīng)驗，封裝了170余套強度計算模板。通過統(tǒng)一規(guī)范的計算模式、計算源頭、材料數(shù)據(jù)源和計算報告樣式，實現(xiàn)強度計算過程的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

在設(shè)備三維模型設(shè)計中，平臺實現(xiàn)了與SolidWorks PDM的集成。用戶可通過平臺直接調(diào)用SolidWorks設(shè)計軟件開展三維模型設(shè)計，并將模型數(shù)據(jù)存儲到PDM系統(tǒng)。憑借鏈接式的存儲，模型數(shù)據(jù)可直接關(guān)聯(lián)到平臺設(shè)計任務(wù)，應(yīng)用PDM自帶的web瀏覽功能可實現(xiàn)在線輕量化瀏覽，為后續(xù)核電設(shè)備的三維模型協(xié)同設(shè)計工作提供了便捷。

2.2 設(shè)計數(shù)據(jù)的智能化應(yīng)用

2.2.1 設(shè)計數(shù)據(jù)的積累和組織，實現(xiàn)經(jīng)驗知識的共享和傳承

核電設(shè)備設(shè)計平臺將通用的設(shè)計流程封裝成模塊，為設(shè)計人員提供便捷地向?qū)皆O(shè)計。此外，平臺支持用戶自定義設(shè)計流程，實現(xiàn)計算過程的固化和設(shè)計經(jīng)驗的沉淀。

平臺采用樹狀結(jié)構(gòu)管理設(shè)計任務(wù)。任務(wù)所出版的成品文件及參考文件在文件庫中提供給平臺所有用戶查閱參考。

2.2.2 構(gòu)建設(shè)計數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有價值推送

傳統(tǒng)TA/CR/NCR等技術(shù)服務(wù)函件管理散落在個人電腦中，不利用數(shù)據(jù)管理和利用。核電設(shè)備設(shè)計平臺通過構(gòu)建函件庫，統(tǒng)一管理，與設(shè)計文件關(guān)聯(lián)，形成設(shè)計反饋，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的參考應(yīng)用價值。通過函件與設(shè)計文件的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及設(shè)計文件之間的關(guān)系，利用預(yù)定義的規(guī)則[12]，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)推薦系統(tǒng)技術(shù)，在用戶處理函件過程中，推送相關(guān)項目類似函件的相關(guān)處理數(shù)據(jù)和相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)，同樣，在用戶開展設(shè)計工作中，推送相關(guān)函件數(shù)據(jù)和相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)的價值化。

圖9 設(shè)計數(shù)據(jù)推送

2.2.3 設(shè)計迭代和數(shù)據(jù)對比，實現(xiàn)設(shè)計最優(yōu)化

在平臺的設(shè)計流程中，設(shè)計人員可自由地設(shè)置設(shè)計迭代輪次，每次迭代設(shè)計結(jié)果之間不受影響，最終，選擇最優(yōu)的作為本次設(shè)計流程的設(shè)計結(jié)果。過程中，設(shè)計人員可選擇不同迭代輪次、不同工況的設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，查看異同點。

圖10 設(shè)計數(shù)據(jù)對比

2.3 核電設(shè)備設(shè)計工具的一體化集成

工具一體化集成主要是在流程管理框架下，通過設(shè)計流程與設(shè)計工具的集成與封裝，實現(xiàn)設(shè)計工具的一體化調(diào)度、設(shè)計輸入/輸出的全部或部分自動化管理。

平臺集成了大型商業(yè)設(shè)計分析軟件18款，例如有限元分析軟件ANSYS、Abaqus，流體計算軟件Fluent等。設(shè)計人員可調(diào)用本地或遠(yuǎn)程高性能計算服務(wù)器的相關(guān)程序開展計算，并將數(shù)據(jù)同步檢入到平臺服務(wù)器中。

除了商業(yè)軟件外，平臺還封裝了數(shù)十款技術(shù)轉(zhuǎn)讓專用軟件，用于特殊的工程分析領(lǐng)域，這些專用軟件均通過了嚴(yán)苛的試驗驗證，如LIDO、HUMID、J-TUBE等技轉(zhuǎn)軟件。同時，平臺還允許設(shè)計人員在流程中嵌入經(jīng)驗證的腳本程序。這些腳本主要通過VBA語言/C語言/Java/C#/Python等語言編寫，幫助設(shè)計人員大大減少命令流和代碼的輸入工作量、格式檢查、計算數(shù)據(jù)評估與提取等重復(fù)性工作，可顯著減少人因失誤。

此外，核電設(shè)備設(shè)計平臺集成了高性能計算平臺的作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)（PBS），能夠直接發(fā)起作業(yè)任務(wù)，調(diào)用高性能計算平臺中的計算分析軟件及硬件資源，并將計算結(jié)果自動抓回，實現(xiàn)無縫集成，提升設(shè)計效率，簡化設(shè)計操作。

圖11 核電設(shè)備設(shè)計平臺中的高性能計算配置

2.4 基于流程圖方式的設(shè)計任務(wù)管理

作為設(shè)計活動的源頭，設(shè)計任務(wù)管理至關(guān)重要。核電設(shè)備設(shè)計平臺以設(shè)備、項目、階段為主要層次，以流程圖方式的樹狀結(jié)構(gòu)管理設(shè)計任務(wù)，通過流程圖節(jié)點關(guān)聯(lián)設(shè)計任務(wù)，節(jié)點顏色展示當(dāng)前設(shè)計節(jié)點的進(jìn)度（未啟動、進(jìn)行中、已完成），任務(wù)關(guān)聯(lián)設(shè)計活動和設(shè)計結(jié)果，從而實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)、計算分析過程和設(shè)計結(jié)果的規(guī)范化管理，如下圖展示了惠州項目RPV設(shè)備初步設(shè)計階段流程示意圖。

開創(chuàng)性地以設(shè)備設(shè)計流程圖的方式管理設(shè)計任務(wù)，使得設(shè)備設(shè)計的過程更加清晰和明確。同時，也為其他核電項目的設(shè)備設(shè)計過程提供參考，實現(xiàn)經(jīng)驗的積累和共享。

2.5 材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫

核電設(shè)備設(shè)計平臺提供了包含RCC-M、ASME以及國標(biāo)三種規(guī)范的材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫。該材料庫有制造類型、采購技術(shù)規(guī)范、泊松比、密度、屈服強度等22個屬性，120種牌號，900條材料記錄。平臺記錄了材料庫的更新過程，實現(xiàn)后續(xù)可追溯。多種查詢條件組合實現(xiàn)材料定向檢索。通過Excel模板雙向?qū)雽?dǎo)出，方便了更新維護(hù)。規(guī)范、統(tǒng)一的材料庫，為用戶查閱材料、平臺分析計算使用材料提供了唯一的數(shù)據(jù)源，保證了材料數(shù)據(jù)源的正確性、可追溯性和唯一性。

圖12 設(shè)備設(shè)計的流程圖

圖13 力學(xué)性能材料庫

3 應(yīng)用效果

目前，核電設(shè)備設(shè)計平臺已在中廣核設(shè)計院寧德二期、防城港二期、惠州太平嶺、三澳等在建核電項目及GDA華龍一號通用設(shè)計審查項目上的核電設(shè)備設(shè)計中全面應(yīng)用。核電設(shè)備設(shè)計平臺已成為設(shè)計人員開展設(shè)備設(shè)計工作和檢索數(shù)據(jù)的主要平臺，應(yīng)用對象覆蓋設(shè)計院自主設(shè)計的所有核電設(shè)備，包括核島主設(shè)備、輔助設(shè)備、重型支承、機(jī)電設(shè)備、三廢設(shè)備等，應(yīng)用范圍囊括設(shè)計中的任務(wù)管理、強度計算、三維模型設(shè)計、仿真分析、性能分析、性能材料庫管理應(yīng)用等設(shè)備設(shè)計全部設(shè)計活動。

4 結(jié)語

針對核電設(shè)備設(shè)計中存在的多專業(yè)領(lǐng)域、多學(xué)科復(fù)雜設(shè)計協(xié)同問題和信息孤島問題，本文提出了核電設(shè)備數(shù)字化設(shè)計方法，并應(yīng)用研發(fā)核電設(shè)備設(shè)計平臺。該平臺為核電設(shè)備的設(shè)計提供了統(tǒng)一的設(shè)備研發(fā)設(shè)計與管理的平臺，秉承一站式的管理模式、集成流程經(jīng)驗、數(shù)據(jù)高效利用、提高統(tǒng)計效率的原則，實現(xiàn)有效的設(shè)計管理。通過設(shè)備設(shè)計平臺對設(shè)備設(shè)計中的流程、數(shù)據(jù)、工具與經(jīng)驗管理與積累，實現(xiàn)了：設(shè)計過程的可控性、設(shè)計結(jié)果的可追溯性、設(shè)計專業(yè)之間的協(xié)同性，從而提升設(shè)計質(zhì)量；設(shè)計仿真數(shù)據(jù)的高效復(fù)用和最優(yōu)化管理；將復(fù)雜的專業(yè)知識、經(jīng)驗有效采集與智能化應(yīng)用，為全方位知識管理提供保障，并將可標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計工作自動化，從而提升設(shè)計效率。