數(shù)字化技術(shù)在核工業(yè)企業(yè)的應(yīng)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(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G等新型數(shù)字化技術(shù)的快速涌現(xiàn)與飛速發(fā)展，已經(jīng)在智能決策、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字化模型、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫嬗辛藦V泛應(yīng)用。核工業(yè)作為一個以“安全第一”為首要原則的傳統(tǒng)行業(yè)，如何借助此次數(shù)字化浪潮進行產(chǎn)業(yè)升級，是核工業(yè)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(shù)字化技術(shù)，制定數(shù)字化轉(zhuǎn)型路線，為核工業(yè)安全運營、持續(xù)創(chuàng)新、確保質(zhì)量、提高效率、降低風(fēng)險作出突出貢獻。

1 核工業(yè)的核心業(yè)務(wù)關(guān)注點

目前中國正處于“百年未有之大變局” 的關(guān)鍵時刻，黨中央制定了第十四個五年規(guī)劃的遠大藍圖，規(guī)劃中明確指出：“加快建設(shè)數(shù)字經(jīng)濟、 數(shù)字社會、 數(shù)字政府，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型整體驅(qū)動生產(chǎn)方式、生活方式和治理方式改變。”對數(shù)字化轉(zhuǎn)型的給予了高度重視，體現(xiàn)了國家審時度勢，銳意進取，開拓創(chuàng)新的發(fā)展思路。

核工業(yè)作為典型的技術(shù)密集、知識密集、資產(chǎn)密集型行業(yè)，具有安全性要求高、投資巨大、建設(shè)與運行期漫長、參與方眾多等特點，其產(chǎn)業(yè)鏈非常長，包括科研、勘探、核燃料、核工程建設(shè)、裝備制造、核電與核環(huán)保等關(guān)鍵業(yè)務(wù)，各業(yè)務(wù)板塊之間業(yè)務(wù)銜接緊密，存在著密切的上下游業(yè)務(wù)關(guān)系，從而構(gòu)成了一個完整的核工業(yè)體系。

安全、質(zhì)量、經(jīng)濟性、創(chuàng)新等作為主要的業(yè)務(wù)管控關(guān)注點，是衡量一個企業(yè)乃至整個行業(yè)是否能成功、健康、持續(xù)發(fā)展的重要指標。鑒于自身行業(yè)的特殊性，核工業(yè)與其他行業(yè)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(yù)防為主、縱深防御，責(zé)任明確、獨立監(jiān)管，嚴格管理、全面保障。鑒于目前多數(shù)核電建設(shè)存在項目延期、投資超預(yù)算等問題，如何縮短核電站建設(shè)周期，控制項目成本，確保核工業(yè)的持續(xù)良性發(fā)展，提高核電行業(yè)的競爭力，保證經(jīng)濟性，是國際、行業(yè)近年關(guān)注的焦點。

核電業(yè)主主要在確保安全、可靠生產(chǎn)運行的前提下，密切及時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備運行狀況，盡量延長系統(tǒng)與設(shè)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(jīng)濟性。

2 數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用

為實現(xiàn)核工業(yè)的安全、高效與可持續(xù)發(fā)展，在全行業(yè)推行數(shù)字化轉(zhuǎn)型是十分有效的手段。面向行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈，應(yīng)積極采用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G 等技術(shù)，為實現(xiàn)核工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供有力支撐。

結(jié)合核工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈特色，規(guī)劃各數(shù)字化技術(shù)在行業(yè)各產(chǎn)業(yè)鏈版塊的應(yīng)用。

2.1 研發(fā)設(shè)計的數(shù)字化

通過貫徹以需求為驅(qū)動的理念，采用正向設(shè)計的模式，將需求梳理與確定作為系統(tǒng)設(shè)計工作的起點，通過構(gòu)建面向需求的數(shù)字化模型，體系化地收集、分析、評估與權(quán)衡各種需求，作為后續(xù)研發(fā)工作的依據(jù)，確保研發(fā)工作的安全與質(zhì)量。結(jié)合最新的數(shù)字化技術(shù)，深化對國家、國際組織、行業(yè)的相關(guān)法規(guī)標準的研究，實現(xiàn)對標準、規(guī)范文檔的格式化、數(shù)字化處理，將文檔中的系統(tǒng)設(shè)備、 參數(shù)與指標等內(nèi)容，按實體、關(guān)系、屬性等要素進行識別，通過格式化處理，形成數(shù)字化、條目化需求模型，強化對標準、規(guī)范的理解，克服傳統(tǒng)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(zhì)量。

圖1 數(shù)字化技術(shù)在行業(yè)的應(yīng)用

核電系統(tǒng)作為大型的復(fù)雜系統(tǒng)，對安全性要求極高，需要對各設(shè)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(fā)風(fēng)險，可以采用數(shù)字孿生技術(shù)，加強設(shè)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(shù)字化邏輯模型來實時、動態(tài)、準確地反映真實系統(tǒng)的運行或進行仿真、模擬與試驗。在邏輯設(shè)計階段，利用數(shù)字化模型將研發(fā)設(shè)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(gòu)建數(shù)字化樣機（DMU），實現(xiàn)設(shè)計與仿真的一體化（M&S），采用多物理場、多專業(yè)融合協(xié)同仿真模式，加快研發(fā)迭代過程，做到快速試錯、快速評估、快速修正，提前發(fā)現(xiàn)問題與風(fēng)險，以便及時改變策略、調(diào)整方案，無須等到設(shè)備實體制造與使用后再發(fā)現(xiàn)問題，從而提升了研發(fā)設(shè)計的工作效率、降低了研發(fā)風(fēng)險、控制了成本。

2.2 工程建設(shè)的數(shù)字化

核電工程的建設(shè)往往有眾多設(shè)計單位、設(shè)備供應(yīng)商、施工單位、分包商等參與，項目現(xiàn)場非常復(fù)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(shè)的安全與質(zhì)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(jiān)控現(xiàn)場施工情況，為核電建設(shè)安全與質(zhì)量提供數(shù)字化、智能化的支撐。利用物聯(lián)網(wǎng)與5G 技術(shù)構(gòu)建的“智慧工地”，可對項目現(xiàn)場人員進行識別、監(jiān)控與記錄，預(yù)防違規(guī)操作，確保現(xiàn)場工作安全；對施工設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控，并將運行數(shù)據(jù)及時傳遞給施工方與設(shè)備提供方，及時、精確、快速地掌握設(shè)備運行情況，降低運行風(fēng)險；及時、精確地對項目現(xiàn)場、關(guān)鍵位置的噪聲、粉塵、有害物、火源等環(huán)境信息進行采集與監(jiān)控，確保建設(shè)、施工環(huán)境的安全，滿足員工對職業(yè)安全以及公眾對項目施工環(huán)境保護的訴求。項目數(shù)據(jù)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(tǒng)作為典型的復(fù)雜系統(tǒng)，有政府機構(gòu)、業(yè)主、EPC 總包方、供應(yīng)商、監(jiān)理等眾多利益相關(guān)者共同參與，其中蘊含了海量的設(shè)計、驗證、制造、建安與調(diào)試等工程信息，傳統(tǒng)的以圖紙、文檔等為載體的移交方式，包含的信息內(nèi)容有限、結(jié)構(gòu)松散、缺乏精準性、不夠直觀、不宜理解，導(dǎo)致移交周期漫長，業(yè)主無法及時利用移交信息，充分了解系統(tǒng)建設(shè)情況，有效指導(dǎo)后續(xù)的運行維護工作。數(shù)字孿生技術(shù)為數(shù)字化移交提供了新的重要手段，可向業(yè)主移交直觀、精細化、數(shù)字化的數(shù)字孿生模型，采用數(shù)字化模型和實際核電站相組合的數(shù)字化交付模式，使業(yè)主及時、全面、精細化地了解項目建設(shè)情況，盡快掌握運行維護知識，加深對核電系統(tǒng)的理解，從而優(yōu)化移交效果，提升移交效率，改善移交質(zhì)量，有效提升客戶滿意度。

2.3 核電運行的數(shù)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(jīng)濟性也是業(yè)界的關(guān)注焦點，關(guān)系到核電行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，業(yè)主作為核電站的運營者，在確保安全、可靠生產(chǎn)運行的前提下，也非常關(guān)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(nèi)。采用數(shù)字孿生模式與技術(shù)，構(gòu)建面向核電運行的數(shù)字孿生體，作為實體核電系統(tǒng)的虛擬化、數(shù)字化映像，全面、動態(tài)、直觀、精準地展示系統(tǒng)的運行狀況，供運行、維護者進行分析、判斷與決策，并對系統(tǒng)進行及時控制，提升運維效率。核電行業(yè)作為典型的技術(shù)與資產(chǎn)密集型行業(yè)，核電系統(tǒng)設(shè)備作為核心資產(chǎn)，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(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過廣泛采用各種傳感器、射頻識別技術(shù)、定位等技術(shù)實時、高效、高精度地監(jiān)控設(shè)備的運行狀況，采集設(shè)備運行數(shù)據(jù)。針對運行數(shù)據(jù)具有的典型的范圍廣、來源多樣、格式各異、數(shù)據(jù)量大、快速與連續(xù)產(chǎn)生等特點，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對這些實時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行有效的收集、 處理與記錄。同時，使用人工智能技術(shù)的智能算法，對通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)采集、存儲的海量運行數(shù)據(jù)進行處理、學(xué)習(xí)與分析，對設(shè)備的運行狀態(tài)進行科學(xué)預(yù)測，做到防患于未然，實現(xiàn)預(yù)防性維修，避免被動的事后處理，并進一步優(yōu)化運行與維修計劃，適時采購零部件和優(yōu)化庫存，預(yù)防安全事件與事故的發(fā)生，從而有效確保核電運行安全，提升運行質(zhì)量，優(yōu)化運維管理，降低運行成本。

3 數(shù)字化轉(zhuǎn)型的思路

首先，企業(yè)應(yīng)該認識到數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目的是什么，數(shù)字化轉(zhuǎn)型絕不只是采用一些新的數(shù)字化技術(shù)、建設(shè)一些信息系統(tǒng)那么簡單。數(shù)字化轉(zhuǎn)型的根本出發(fā)點，是企業(yè)為了尋找新的業(yè)務(wù)增長點、突破口，或者為了降低運營成本、確保生產(chǎn)質(zhì)量、提升運營效率，從而采用數(shù)字化技術(shù)，總之，數(shù)字化技術(shù)是為業(yè)務(wù)服務(wù)的。要想進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，首先要有業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的動機與要求，應(yīng)該說，數(shù)字化轉(zhuǎn)型為支持企業(yè)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型提供了重要的手段，是實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的重要工具。數(shù)字化轉(zhuǎn)型，如果偏離了這一目標與出發(fā)點，很可能導(dǎo)致為了采用新技術(shù)而采用新技術(shù)，沒有意識到數(shù)字化技術(shù)的工具性，變成舍本逐末，甚至本末倒置、迷失方向。企業(yè)只有明確了企業(yè)業(yè)務(wù)目標和發(fā)展戰(zhàn)略，并以此為出發(fā)點，指導(dǎo)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作，才能做到業(yè)務(wù)驅(qū)動、有的放矢。

企業(yè)如何進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型?應(yīng)以企業(yè)的戰(zhàn)略目標為導(dǎo)向，及時把握數(shù)字化新浪潮，以數(shù)字化工具為依托，制定確實可行的企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型規(guī)劃，做到制定新目標、開拓新業(yè)務(wù)、構(gòu)建新流程、依靠新工具。企業(yè)在制定數(shù)字化轉(zhuǎn)型規(guī)劃時，應(yīng)緊扣數(shù)字化時代發(fā)展的脈搏，與時俱進，主動、廣泛地了解數(shù)字化潮流，積極學(xué)習(xí)數(shù)字化技術(shù)，培養(yǎng)數(shù)字化思維，弘揚數(shù)字化文化，拓寬思路，敢于打破傳統(tǒng)的思維定式；積極創(chuàng)新，勇于尋找新的技術(shù)突破口。

企業(yè)對自身的發(fā)展戰(zhàn)略與業(yè)務(wù)訴求往往有著更清晰、更長遠的規(guī)劃，對自身的業(yè)務(wù)現(xiàn)狀有著更清晰、更透徹的理解，為確保數(shù)字化轉(zhuǎn)型的順利施行，有必要建立企業(yè)自身的數(shù)字化轉(zhuǎn)型團隊，來引領(lǐng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作。應(yīng)該認識到，與傳統(tǒng)的信息化工作相比較，數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作具有不同思維觀念，需從以信息系統(tǒng)為主，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)為主，從以軟件為資產(chǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐晹?shù)據(jù)為企業(yè)核心資產(chǎn)，更側(cè)重數(shù)據(jù)的收集、識別、分析與利用。根據(jù)新的數(shù)字化浪潮，以數(shù)字化思維為指導(dǎo)，培養(yǎng)面向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的人才隊伍，確立數(shù)字化建設(shè)模式，打造企業(yè)數(shù)字化團隊，這是支撐企業(yè)成功進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的重要保障。

4 結(jié)語

以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等為代表的數(shù)字化技術(shù)的涌現(xiàn)，為行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了強大、有效的工具，核工業(yè)應(yīng)該積極把握數(shù)字化浪潮，主動在從文化、思維、方式上進行轉(zhuǎn)變，全面擁抱數(shù)字化技術(shù)，認真貫徹數(shù)字化思維，為行業(yè)開拓創(chuàng)新、提升效率、降低成本提供堅實基礎(chǔ)，支持行業(yè)的持續(xù)、健康發(fā)展.