數字化技術在核工業企業的應用

羅 維

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

二十一世紀以來，人工智能、大數據、物聯網、5G等新型數字化技術的快速涌現與飛速發展，已經在智能決策、數據采集、數字化模型、數據傳輸等方面有了廣泛應用。核工業作為一個以“安全第一”為首要原則的傳統行業，如何借助此次數字化浪潮進行產業升級，是核工業面對的一次重要機遇。本文的目的是探討如何積極、主動利用新興數字化技術，制定數字化轉型路線，為核工業安全運營、持續創新、確保質量、提高效率、降低風險作出突出貢獻。

1 核工業的核心業務關注點

目前中國正處于“百年未有之大變局” 的關鍵時刻，黨中央制定了第十四個五年規劃的遠大藍圖，規劃中明確指出：“加快建設數字經濟、 數字社會、 數字政府，以數字化轉型整體驅動生產方式、生活方式和治理方式改變。”對數字化轉型的給予了高度重視，體現了國家審時度勢，銳意進取，開拓創新的發展思路。

核工業作為典型的技術密集、知識密集、資產密集型行業，具有安全性要求高、投資巨大、建設與運行期漫長、參與方眾多等特點，其產業鏈非常長，包括科研、勘探、核燃料、核工程建設、裝備制造、核電與核環保等關鍵業務，各業務板塊之間業務銜接緊密，存在著密切的上下游業務關系，從而構成了一個完整的核工業體系。

安全、質量、經濟性、創新等作為主要的業務管控關注點，是衡量一個企業乃至整個行業是否能成功、健康、持續發展的重要指標。鑒于自身行業的特殊性，核工業與其他行業相比較，對安全尤為重視，中國核安全工作的基本原則是：安全第一、依法治核，預防為主、縱深防御，責任明確、獨立監管，嚴格管理、全面保障。鑒于目前多數核電建設存在項目延期、投資超預算等問題，如何縮短核電站建設周期，控制項目成本，確保核工業的持續良性發展，提高核電行業的競爭力，保證經濟性，是國際、行業近年關注的焦點。

核電業主主要在確保安全、可靠生產運行的前提下，密切及時監控系統設備運行狀況，盡量延長系統與設備使用壽命，合理安排維修計劃，減少非計劃停機，縮短維修時間，降低運行與維護成本，確保核電運行的經濟性。

2 數字化轉型應用

為實現核工業的安全、高效與可持續發展，在全行業推行數字化轉型是十分有效的手段。面向行業全產業鏈，應積極采用人工智能、物聯網、5G 等技術，為實現核工業數字化轉型提供有力支撐。

結合核工業產業鏈特色，規劃各數字化技術在行業各產業鏈版塊的應用。

2.1 研發設計的數字化

通過貫徹以需求為驅動的理念，采用正向設計的模式，將需求梳理與確定作為系統設計工作的起點，通過構建面向需求的數字化模型，體系化地收集、分析、評估與權衡各種需求，作為后續研發工作的依據，確保研發工作的安全與質量。結合最新的數字化技術，深化對國家、國際組織、行業的相關法規標準的研究，實現對標準、規范文檔的格式化、數字化處理，將文檔中的系統設備、 參數與指標等內容，按實體、關系、屬性等要素進行識別，通過格式化處理，形成數字化、條目化需求模型，強化對標準、規范的理解，克服傳統自然語言文檔的缺點，減少歧義，提升了需求梳理與理解的效率與質量。

圖1 數字化技術在行業的應用

核電系統作為大型的復雜系統，對安全性要求極高，需要對各設計方案在各種工況與場景下的安全性進行充分評估與驗證。為降低研發風險，可以采用數字孿生技術，加強設計與仿真的銜接。通過對真實物理實體進行邏輯、虛擬化的映射與鏡像，用數字化邏輯模型來實時、動態、準確地反映真實系統的運行或進行仿真、模擬與試驗。在邏輯設計階段，利用數字化模型將研發設計與仿真模擬工作銜接起來，通過邏輯模型與仿真模型的匹配，構建數字化樣機（DMU），實現設計與仿真的一體化（M&S），采用多物理場、多專業融合協同仿真模式，加快研發迭代過程，做到快速試錯、快速評估、快速修正，提前發現問題與風險，以便及時改變策略、調整方案，無須等到設備實體制造與使用后再發現問題，從而提升了研發設計的工作效率、降低了研發風險、控制了成本。

2.2 工程建設的數字化

核電工程的建設往往有眾多設計單位、設備供應商、施工單位、分包商等參與，項目現場非常復雜，組織人員龐雜，事故隱患眾多，安全狀況瞬息萬變，確保核電建設的安全與質量是工程管理的重中之重。可通過搭建“智慧工地”，全局、實時、有效地監控現場施工情況，為核電建設安全與質量提供數字化、智能化的支撐。利用物聯網與5G 技術構建的“智慧工地”，可對項目現場人員進行識別、監控與記錄，預防違規操作，確保現場工作安全；對施工設備的運行狀況進行實時監控，并將運行數據及時傳遞給施工方與設備提供方，及時、精確、快速地掌握設備運行情況，降低運行風險；及時、精確地對項目現場、關鍵位置的噪聲、粉塵、有害物、火源等環境信息進行采集與監控，確保建設、施工環境的安全，滿足員工對職業安全以及公眾對項目施工環境保護的訴求。項目數據的及時、精確、海量地處理與傳輸，極大地提升了工作效率，降低了管理成本。

核電系統作為典型的復雜系統，有政府機構、業主、EPC 總包方、供應商、監理等眾多利益相關者共同參與，其中蘊含了海量的設計、驗證、制造、建安與調試等工程信息，傳統的以圖紙、文檔等為載體的移交方式，包含的信息內容有限、結構松散、缺乏精準性、不夠直觀、不宜理解，導致移交周期漫長，業主無法及時利用移交信息，充分了解系統建設情況，有效指導后續的運行維護工作。數字孿生技術為數字化移交提供了新的重要手段，可向業主移交直觀、精細化、數字化的數字孿生模型，采用數字化模型和實際核電站相組合的數字化交付模式，使業主及時、全面、精細化地了解項目建設情況，盡快掌握運行維護知識，加深對核電系統的理解，從而優化移交效果，提升移交效率，改善移交質量，有效提升客戶滿意度。

2.3 核電運行的數字化

核電站具有安全要求高、運行周期長、投資額高、涉及面廣等特點，除了核電站的安全運行備受矚目外，其經濟性也是業界的關注焦點，關系到核電行業的可持續健康發展，業主作為核電站的運營者，在確保安全、可靠生產運行的前提下，也非常關注如何有效控制運行成本，將核電站總擁有成本控制在合理范圍內。采用數字孿生模式與技術，構建面向核電運行的數字孿生體，作為實體核電系統的虛擬化、數字化映像，全面、動態、直觀、精準地展示系統的運行狀況，供運行、維護者進行分析、判斷與決策，并對系統進行及時控制，提升運維效率。核電行業作為典型的技術與資產密集型行業，核電系統設備作為核心資產，其運行與維護是管理工作的重點，也是控制運行成本的重要切入點。可利用物聯網技術，通過廣泛采用各種傳感器、射頻識別技術、定位等技術實時、高效、高精度地監控設備的運行狀況，采集設備運行數據。針對運行數據具有的典型的范圍廣、來源多樣、格式各異、數據量大、快速與連續產生等特點，利用大數據技術，對這些實時產生的數據進行有效的收集、 處理與記錄。同時，使用人工智能技術的智能算法，對通過物聯網、大數據技術采集、存儲的海量運行數據進行處理、學習與分析，對設備的運行狀態進行科學預測，做到防患于未然，實現預防性維修，避免被動的事后處理，并進一步優化運行與維修計劃，適時采購零部件和優化庫存，預防安全事件與事故的發生，從而有效確保核電運行安全，提升運行質量，優化運維管理，降低運行成本。

3 數字化轉型的思路

首先，企業應該認識到數字化轉型的目的是什么，數字化轉型絕不只是采用一些新的數字化技術、建設一些信息系統那么簡單。數字化轉型的根本出發點，是企業為了尋找新的業務增長點、突破口，或者為了降低運營成本、確保生產質量、提升運營效率，從而采用數字化技術，總之，數字化技術是為業務服務的。要想進行數字化轉型，首先要有業務轉型的動機與要求，應該說，數字化轉型為支持企業業務轉型提供了重要的手段，是實現企業業務轉型的重要工具。數字化轉型，如果偏離了這一目標與出發點，很可能導致為了采用新技術而采用新技術，沒有意識到數字化技術的工具性，變成舍本逐末，甚至本末倒置、迷失方向。企業只有明確了企業業務目標和發展戰略，并以此為出發點，指導數字化轉型工作，才能做到業務驅動、有的放矢。

企業如何進行數字化轉型?應以企業的戰略目標為導向，及時把握數字化新浪潮，以數字化工具為依托，制定確實可行的企業數字化轉型規劃，做到制定新目標、開拓新業務、構建新流程、依靠新工具。企業在制定數字化轉型規劃時，應緊扣數字化時代發展的脈搏，與時俱進，主動、廣泛地了解數字化潮流，積極學習數字化技術，培養數字化思維，弘揚數字化文化，拓寬思路，敢于打破傳統的思維定式；積極創新，勇于尋找新的技術突破口。

企業對自身的發展戰略與業務訴求往往有著更清晰、更長遠的規劃，對自身的業務現狀有著更清晰、更透徹的理解，為確保數字化轉型的順利施行，有必要建立企業自身的數字化轉型團隊，來引領數字化轉型工作。應該認識到，與傳統的信息化工作相比較，數字化轉型工作具有不同思維觀念，需從以信息系統為主，轉變為數據為主，從以軟件為資產，轉變為視數據為企業核心資產，更側重數據的收集、識別、分析與利用。根據新的數字化浪潮，以數字化思維為指導，培養面向數字化轉型的人才隊伍，確立數字化建設模式，打造企業數字化團隊，這是支撐企業成功進行數字化轉型工作的重要保障。

4 結語

以人工智能、大數據、物聯網等為代表的數字化技術的涌現，為行業的數字化轉型提供了強大、有效的工具，核工業應該積極把握數字化浪潮，主動在從文化、思維、方式上進行轉變，全面擁抱數字化技術，認真貫徹數字化思維，為行業開拓創新、提升效率、降低成本提供堅實基礎，支持行業的持續、健康發展.