核電三維電子文件管理研究

楊茹 徐浩然 崔靜華

摘 要??文章分析了核電三維電子文件的管理現(xiàn)狀和存在的問題，提出以O(shè)AIS為指導(dǎo)構(gòu)建核電三維電子文件管理體系，主要包括以下必要內(nèi)容：集中統(tǒng)一管理三維電子文件，明確部門責(zé)任;提案高檔案人員能力;建立三維電子文件管理相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范體系;核電三維模型知識(shí)庫建設(shè)。未來不僅要實(shí)現(xiàn)對(duì)三維模型的歸檔管理和重復(fù)利用，保證三維檔案的真實(shí)性、有效性、完整性、可用性;而且要逐步實(shí)現(xiàn)三維電子檔案的知識(shí)管理，建立標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品庫，從而縮短項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期，不斷推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞? 三維數(shù)據(jù) 電子文件 OAIS 知識(shí)庫 核電

中圖分類號(hào) G275.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 收稿日期 2019-12-30

Abstract The paper analyzes the current conditions and problems of 3D electronic records management of nuclear power， and proposes a management system constructed under the guidance of OAIS. The following measures are necessary： the 3D electronic records should be managed in a centralized and united way and clear responsibilities of departments are formulated; archivists should improve their abilities; the standards and norms of the management should be established; a knowledge base should be constructed. In the future， 3D models will be filed and used repeatedly to ensure the archivesintegrity， validity， unity and usefulness. Knowledge management of 3D electronic records should be realized and standard product database should be constructed to shorten the design period of projects and promote technological innovation continuously.

Keyword 3D data; electronic records; OAIS; knowledge base; nuclear power

一、前言

隨著三維技術(shù)的發(fā)展和三維模型的應(yīng)用，三維模型協(xié)同設(shè)計(jì)逐漸引入核電領(lǐng)域并產(chǎn)生了大量的三維數(shù)據(jù)。三維模型比二維的文件圖紙更直觀容易理解、更精確，能提高設(shè)計(jì)效率和新產(chǎn)品的研制周期。但是三維模型作為一種特殊的電子文件，在管理體制、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)方案等方面存在不完善的地方，尤其是面臨長(zhǎng)期保管和利用的問題。鑒于此筆者將基于開放檔案信息參考模型OAIS（ISO 14721：2003，the open archival information system reference model）對(duì)核電三維電子文件的管理進(jìn)行探索研究，以實(shí)現(xiàn)其長(zhǎng)期保存和利用的目的。三維電子文件指的是三維模型及相關(guān)的文件和環(huán)境，包括三維模型電子數(shù)據(jù)、三維模型說明文件、三維模型關(guān)系圖（模型名稱與編號(hào)對(duì)應(yīng)表）、三維模型運(yùn)行的軟件環(huán)境。本文模糊三維電子文件和檔案的界限，從廣義的大文件觀來探索三維數(shù)據(jù)的管理。

二、核電三維電子文件的特點(diǎn)和作用

核電站建設(shè)一般采用EPC（Engineering Procurement Construction）模式，是指公司受業(yè)主委托，按照合同約定對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、采購、施工、試運(yùn)行等實(shí)行全過程承包，并對(duì)承包工程的質(zhì)量、安全、工期、造價(jià)全面負(fù)責(zé)[1]。在EPC模式下，設(shè)計(jì)院、制造商、核電廠等企業(yè)在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營等業(yè)務(wù)活動(dòng)中產(chǎn)生大量的三維數(shù)據(jù)。

1.核電三維電子文件的特點(diǎn)。核電三維電子文件與傳統(tǒng)電子文件的區(qū)別在于其專業(yè)性、成套性和多樣性。（1）專業(yè)性：三維模型無法以二維或紙質(zhì)的方式進(jìn)行存儲(chǔ)和提供利用，必須依靠專業(yè)軟件、系統(tǒng)等載體才能顯示。每一個(gè)模型都是一個(gè)構(gòu)造復(fù)雜的工程，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大。（2）成套性：核電三維電子文件按設(shè)備或者系統(tǒng)成套管理，包括模型和數(shù)據(jù)。三維模型中的每一個(gè)對(duì)象都獨(dú)立且具有自己屬性，屬性存儲(chǔ)方式為文件或數(shù)據(jù)。（3）多樣性：不同專業(yè)、不同核電企業(yè)使用不同的軟件和工具，生成的模型多種多樣，缺乏統(tǒng)一的接口和數(shù)據(jù)交互。

2.核電三維電子文件的作用。（1）有助于核電廠的高效運(yùn)行。核電廠的設(shè)計(jì)、制造、基礎(chǔ)建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中含有大量的設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)耦合關(guān)聯(lián)的重要信息[2]1。這些三維模型的管理給人直觀形象的感覺，將難以發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷和設(shè)備信息逼真展現(xiàn)給用戶，可以大大提高工作質(zhì)量和效率。三維電子文件管理也是建立數(shù)字化電廠的基礎(chǔ)，有助于實(shí)現(xiàn)核電廠管理的信息化、智能化，從而實(shí)現(xiàn)核電廠的安全、高效運(yùn)行。（2）加快核電設(shè)備設(shè)計(jì)和制造周期。三維電子文件的集中管理使得設(shè)計(jì)院可復(fù)用設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，快速實(shí)現(xiàn)多種堆型的研發(fā)和小批量生產(chǎn);三維模型是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化研發(fā)的重要知識(shí)資產(chǎn)，有利于設(shè)計(jì)創(chuàng)新。對(duì)于制造廠而言，三維模型使得生產(chǎn)更加直觀、工藝復(fù)用，可更方便、快捷地制定生產(chǎn)工藝、計(jì)劃，提高生產(chǎn)效率。（3）有助于設(shè)備國產(chǎn)化和推進(jìn)核電出口。三維電子文件的管理有助于加快核電設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)展，推動(dòng)更多具有技術(shù)成熟性和完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備研制，助力企業(yè)全面參與國內(nèi)、國際核電市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)需求。我國正在積極地推進(jìn)核電外交，全面開展向巴基斯坦、阿根廷、英國、蘇丹等國的核電機(jī)組出口工作。但對(duì)于華龍一號(hào)的研發(fā)設(shè)計(jì)制造工作尚有不少需要改進(jìn)和優(yōu)化的地方，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)狀態(tài)，而三維電子文件的管理對(duì)于完善華龍一號(hào)知識(shí)體系有重要的作用和意義，有助于順利實(shí)現(xiàn)核電出口的國家戰(zhàn)略。

三、管理現(xiàn)狀和存在問題

目前，核電項(xiàng)目尚未實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的信息化管理，更未達(dá)到檔案管理的層次。三維檔案管理尚未實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一管理和缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，還存在技術(shù)和管理等方面問題，影響三維電子文件的長(zhǎng)期保存和利用。

1.分散管理，權(quán)責(zé)不清。大多核電企業(yè)沒有制定三維電子文件的管理規(guī)劃，沒有明確三維電子文件的管理職責(zé)和部門。模型和數(shù)據(jù)大多都保存在設(shè)計(jì)者或制造者手中，沒有歸入檔案部門，這就導(dǎo)致三維電子文件存在如下問題：未實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期保存、未實(shí)現(xiàn)共享利用及數(shù)字化交付。

2.尚未建立三維電子文件管理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系。數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)在核電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修等環(huán)節(jié)得到了一定程度的應(yīng)用，但是相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立。一是數(shù)字化設(shè)計(jì)沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，不同專業(yè)、系統(tǒng)使用不同的軟件平臺(tái)，各種軟件平臺(tái)產(chǎn)生的三維模型命名、屬性、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。二是缺少三維檔案的管理標(biāo)準(zhǔn)。

3.技術(shù)問題。（1）設(shè)計(jì)環(huán)境多樣：存在多種設(shè)計(jì)環(huán)境，版本不統(tǒng)一、依賴環(huán)境不統(tǒng)一;多種存儲(chǔ)格式，難以統(tǒng)一。（2）數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)缺失：如三維模型、文檔、屬性之間的關(guān)聯(lián)不全;缺少與外部數(shù)據(jù)的集成與關(guān)聯(lián);缺少與知識(shí)、參考標(biāo)準(zhǔn)、資料等的關(guān)聯(lián)。（3）輕量化瀏覽困難：三維模型比交大，存在打開慢、卡的問題;在Web端查看網(wǎng)絡(luò)傳輸慢，開銷大，數(shù)據(jù)溝通低效;缺少多專業(yè)對(duì)應(yīng)多種簡(jiǎn)化模型。（4）可視化難以實(shí)現(xiàn)：存在版本、軟件兼容性問題，沒有標(biāo)準(zhǔn)的三維查看格式、交換格式;缺少統(tǒng)一的三維查看、批注的系統(tǒng)瀏覽器。

四、核電三維電子文件管理方案

1.兩種管理方案介紹。從三維電子文件是否向檔案系統(tǒng)遷移來看有兩種方案：（1）三維設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)管理三維電子文件。用三維協(xié)同設(shè)計(jì)產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱PLM）能夠解決結(jié)構(gòu)類三維過程數(shù)據(jù)、定版數(shù)據(jù)的管理，企業(yè)在實(shí)施過程中，定版數(shù)據(jù)不做遷移，通過PLM管理三維數(shù)據(jù)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是保存各種平臺(tái)產(chǎn)生的三維模型的原始格式，不涉及格式轉(zhuǎn)換問題，且保存的數(shù)據(jù)完整;缺點(diǎn)是未能實(shí)現(xiàn)集中管理和利用。（2）檔案系統(tǒng)管理三維電子文件。以具有三維電子文件管理功能的檔案系統(tǒng)管理不同三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)產(chǎn)生的最終版本的三維數(shù)據(jù)，具體如圖1所示。參照OAIS參考模型，該方案分為三部分，分別完成三維電子文件產(chǎn)生、保管和利用的功能。該方案關(guān)鍵是需要解決多源多格式的三維模型輕量化、可視化的問題，提供統(tǒng)一的檢索、瀏覽技術(shù)是可能遇到的技術(shù)難點(diǎn)。

這種方案優(yōu)缺點(diǎn)恰好和第一種相反，對(duì)檔案系統(tǒng)的功能要求比較高。該解決方案應(yīng)具有如下特點(diǎn)：（1）基于數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)，可面向單一設(shè)計(jì)系統(tǒng)或者多個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)多源多格式的數(shù)據(jù)。（2）將三維模型、文檔、屬性整合在一起，需要將不同的三維模型轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一展示格式，綁定屬性，檢查一致性，建立數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。（3）使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（ISO15926），滿足不同系統(tǒng)及業(yè)主、制造商的交付需要。（4）提供瀏覽、檢索、發(fā)布、移交等功能。

2.兩種方案對(duì)比。兩種方案對(duì)比如表1。雖然三維設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)具有保證各種平臺(tái)產(chǎn)生的三維模型的原始格式等優(yōu)點(diǎn)，但是不能保證三維電子文件的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和利用。因?yàn)椴粴w檔就不能保證三維電子文件的四性;沒有集中管理控制，不能保證利用和交付時(shí)的三維電子文件是真實(shí)、完整和可用的。所以，我們應(yīng)該進(jìn)行三維模型的歸檔，使用檔案系統(tǒng)集中統(tǒng)一管理三維電子文件。

五、構(gòu)建核電三維電子文件管理體系的策略

1.集中統(tǒng)一管理三維電子文件，明確部門責(zé)任。檔案管理部門是實(shí)現(xiàn)三維電子檔案長(zhǎng)期保存可用的實(shí)施主體，也是實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息有效積累、交流、共享的根本保障。要打破三維電子文件分散保管、有限利用的現(xiàn)狀，對(duì)產(chǎn)生和使用三維電子文件的技術(shù)部門和檔案部門職責(zé)進(jìn)行明確分工、定位，由檔案管理部門負(fù)責(zé)企業(yè)三維電子文件的管理和提供利用。檔案部門不僅承擔(dān)傳統(tǒng)文件、三維電子文件等各類文檔的管理和利用的職責(zé)，還應(yīng)有從“管檔案”向“管數(shù)據(jù)”轉(zhuǎn)變的意識(shí)，積極探索三維電子文件管理的技術(shù)和手段，為科技人員提供高效、快速利用服務(wù)，更應(yīng)該探索三維電子文件的知識(shí)管理，建立標(biāo)準(zhǔn)化的模型知識(shí)庫，加快技術(shù)復(fù)用和創(chuàng)新。

2.提案高檔案人員能力。通過引進(jìn)人才和現(xiàn)有員工學(xué)習(xí)的雙重機(jī)制來提高核電企業(yè)檔案部門人員的專業(yè)能力。要堅(jiān)持以人為本的原則，始終把培養(yǎng)全才、建設(shè)技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)、提高員工專長(zhǎng)放在第一位。有針對(duì)性地進(jìn)行各種形式的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，特別要加強(qiáng)對(duì)三維模型管理、計(jì)算機(jī)知識(shí)與技術(shù)、信息技術(shù)等方面的培訓(xùn)。同時(shí)要增強(qiáng)檔案工作者的服務(wù)意識(shí)和溝通能力，變被動(dòng)服務(wù)為主動(dòng)服務(wù)，加強(qiáng)與設(shè)計(jì)人員的溝通，了解三維模型管理的難點(diǎn)和對(duì)方的利用需求，提高利用者的滿意度。

3.建立三維電子文件管理相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范體系。文檔管理標(biāo)準(zhǔn)化工作對(duì)于核電三維設(shè)計(jì)和制造的發(fā)展具有重大的作用。它是三維電子文件管理各項(xiàng)業(yè)務(wù)工作的基礎(chǔ)和依據(jù)，不僅能夠保障文件的質(zhì)量和完整性，而且是信息資源交流和共享的一個(gè)重要前提。為實(shí)現(xiàn)核電三維電子文件的長(zhǎng)期保存有效利用，應(yīng)在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、其他業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和通用規(guī)范，制定適合中國核行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。主要有以下三類：（1）三維電子文件形成類：三維模型產(chǎn)生、簽署、發(fā)布、更改、歸檔等。（2）三維電子檔案管理類：歸檔時(shí)間、格式、要求、流程等。（3）系統(tǒng)管理類：系統(tǒng)功能需求、源代碼、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等。

4.綜合運(yùn)用現(xiàn)代化的信息技術(shù)實(shí)施核電三維電子文件管理，需要關(guān)注以下關(guān)鍵技術(shù)問題。

（1）三維電子文件格式。數(shù)字介質(zhì)的長(zhǎng)期保存包括兩個(gè)方面：一方面介質(zhì)必須能長(zhǎng)期維持其相應(yīng)的理化性能;另一方面，即使介質(zhì)可以被現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)器讀取，信息也必須能以現(xiàn)代程序可理解的格式存儲(chǔ)[3]13。但是隨著信息技術(shù)日新月異的變化，文件的格式、生成文件的軟件，或支持軟件的操作系統(tǒng)和硬件都在發(fā)生變化并呈加速趨勢(shì)。三維電子文件格式也是如此，需要對(duì)這些文件格式進(jìn)行規(guī)劃、管理，目前最佳實(shí)踐就是在數(shù)字信息管理系統(tǒng)中對(duì)格式進(jìn)行注冊(cè)。格式注冊(cè)是把文件格式及其表示信息、環(huán)境信息等保存在數(shù)據(jù)庫中[4]14。英國國家檔案館開發(fā)維護(hù)的PRONOM注冊(cè)庫是一個(gè)文件格式及其支持軟件的在線信息系統(tǒng);美國國會(huì)圖書館維護(hù)的格式描述數(shù)據(jù)庫記錄了許多常用格式的標(biāo)識(shí)信息和維護(hù)因素的分析[5]15。參照這些國外的格式注冊(cè)庫，建議國家檔案館組織建立全國性的分布式數(shù)字信息格式注冊(cè)庫，給各地檔案館和企業(yè)集團(tuán)用戶權(quán)限提供信息格式的記錄和維護(hù)功能，這不僅對(duì)于三維模型的數(shù)據(jù)格式重要，對(duì)于其他特殊的電子文件格式也很重要。

（2）云計(jì)算。大數(shù)據(jù)時(shí)代實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析利用的關(guān)鍵技術(shù)之一就是云計(jì)算。百度百科對(duì)云計(jì)算的定義是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展而且經(jīng)常是虛擬化的資源。其基本原理為用戶所需的應(yīng)用程序和資源不需要運(yùn)行或存儲(chǔ)在用戶的個(gè)人電腦等終端設(shè)備上，而是運(yùn)行或存儲(chǔ)在互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模服務(wù)器上，由其保證有足夠強(qiáng)的計(jì)算能力和足夠強(qiáng)大的存儲(chǔ)空間。云計(jì)算對(duì)于數(shù)據(jù)量大且需要協(xié)同設(shè)計(jì)的核電項(xiàng)目而言是比較適用的，具有積極的意義：實(shí)現(xiàn)資源集中存儲(chǔ)和共享利用，保障數(shù)據(jù)的備份安全，提高利用效率，減少成本等。但是任何事物都有兩面性，云計(jì)算具有眾多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)即數(shù)據(jù)內(nèi)容的隱私安全。企業(yè)在慎重選擇云計(jì)算服務(wù)機(jī)構(gòu)的同時(shí)，應(yīng)加大對(duì)云計(jì)算技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用投入，保證數(shù)據(jù)的安全性[6]26-27。

（3）備份容災(zāi)。備份就是將數(shù)據(jù)以某種形式保存下來，備份的根本目的在于恢復(fù)，在這些數(shù)據(jù)丟失、毀壞和受到威脅的時(shí)候，使用數(shù)據(jù)的備份來恢復(fù)數(shù)據(jù)。通常一套完整的備份系統(tǒng)包含備份軟件、磁帶機(jī)/磁帶庫和備份服務(wù)器，具體的備份策略的制定、備份介質(zhì)的管理以及一些擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn)，都是由備份軟件來完成的[7]5-6。

5.核電三維模型知識(shí)庫建設(shè)。核電三維模型的知識(shí)庫可以分為兩類。

（1）核電項(xiàng)目產(chǎn)品庫。該庫存放項(xiàng)目各個(gè)階段產(chǎn)生的不同版本的三維模型，實(shí)現(xiàn)三維電子文件的長(zhǎng)期存儲(chǔ)功能，可以按照項(xiàng)目、堆型、專業(yè)/系統(tǒng)等不同緯度的邏輯歸類和展示。產(chǎn)品庫的三維電子文件應(yīng)是可信的，能夠在現(xiàn)在和將來向用戶提供可靠的、長(zhǎng)期訪問的三維模型?？煽康娜S電子文件管理流程是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品庫長(zhǎng)期保存利用的保障，可信流程是對(duì)舊的管理流程的梳理和優(yōu)化，減少冗余、無用、錯(cuò)誤的流程，改進(jìn)低效的流程，增加缺失的流程，在技術(shù)和制度的規(guī)范下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品庫的可信性。

（2）核電零部件標(biāo)準(zhǔn)化庫。改變?cè)瓉砻恳粋€(gè)核電工程都需重新進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)，生成一套三維模型的作法，建立核電項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化三維模型庫，包括專用庫和通用庫。同時(shí)進(jìn)行知識(shí)推送和伴隨，減少設(shè)計(jì)人員各個(gè)系統(tǒng)檢索標(biāo)準(zhǔn)和參考文件的時(shí)間。具體而言，就是在核電工程項(xiàng)目使用的時(shí)候，編制適用三維模型清單并對(duì)三維模型進(jìn)行適用性確認(rèn)、批準(zhǔn)后按程序提供利用。制造廠收到這些標(biāo)準(zhǔn)化的三維電子文件后，比對(duì)之前收到的三維電子文件，建立標(biāo)準(zhǔn)化制造文件庫，可以簡(jiǎn)化原材料論證和質(zhì)量論證。同時(shí)保留新舊版本的三維模型，但分別適用于不同的核電項(xiàng)目。對(duì)于技術(shù)參數(shù)略有調(diào)整的零部件，設(shè)計(jì)院通過技術(shù)論證，如原有的原材料滿足項(xiàng)目技術(shù)需要，制造廠繼續(xù)使用庫存的原材料;待庫存用完后依據(jù)新版本的技術(shù)條件進(jìn)行生產(chǎn)制造。

六、結(jié)論

隨著三維技術(shù)的發(fā)展和三維模型的廣泛應(yīng)用，三維模型管理對(duì)于核電項(xiàng)目數(shù)字化研發(fā)的作用日益重要。未來不僅要實(shí)現(xiàn)對(duì)三維模型的歸檔管理和重復(fù)利用，保證三維檔案的真實(shí)性、有效性、完整性、可用性;而且要逐步實(shí)現(xiàn)三維電子檔案的知識(shí)管理，建立標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品庫，將知識(shí)和核電數(shù)字化研發(fā)平臺(tái)結(jié)合，進(jìn)行知識(shí)推送，從而縮短項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期，不斷推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。

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