吕长亮 张识渊
中国核电工程有限公司郑州分公司 河南 郑州 450000
摘 要：随着中国信息化建设的全面推进和深化应用，形成和积累了涉及核电厂设计施工生产运行管理等各个方面的大量数据资产，数字化工厂技术成为整合、分析和应用这些大量数据的最好的解决方案。本文简单介绍了数字化工厂的关键技术阐述了目前数字化工厂技术在核电厂中的应用现状。
关键词：数字化工厂 体系结构 关键技术 特点 核电厂 应用现状
1 引言
中国核工业企业信息化建设经过多年的探索和发展，已经在企业的各个业务层面和多个业务领域形成了业务支撑，对企业的经营管理、生产运营等生产过程和日常管理带来了巨大的变化。但是多个系统的大量数据该如何整合，才能以更生动直观的形式展示出来，以及以此为基础实现更多的分析、模拟、演练和培训等功能的实现，依靠数字化工厂技术，建设数字化核电厂管理平台已成为最好的解决方案。
数字化工厂概念很宽泛，不同行业有不同的内涵和外延。就核电行业来说，数字化工厂的具体内容应该是建立一个以三维虚拟核电厂为基础的集成管理平台，集成工程设计、采购、施工建造、生产运营、环保安全等各种动态静态数据，运用三维可视化技术，提供企业资产信息全生命周期管理、具备高度可配置化应用的系统，是对企业信息管理系统的扩充应用。在物理资产从产生、运营到退役的全过程中，提供资产信息的工程设计、数字资产移交、整合与生命周期管理、技改变更、运行维护、动态展示、信息查询和模拟演示，能够为规划、设计、施工、运营等部门提供准确数据支持的管理环境。
2 数字化工厂的关键技术
2.1数字化建模技术
数字化工厂是建立在数字化模型基础上的虚拟仿真系统，通过输入数字化工厂的各种设计数据建立一比一的全比例实体三维模型，在数字化工厂软件系统内进行各种数字仿真与分析。数字化模型的准确性关系到真实系统真实反映的精度，对后续的产品设计、工艺设计以及生产过程的模拟仿真具有较大的影响。
2.2 优化仿真技术
优化仿真技术是数字化工厂的价值所在，根据建立的数字化模型与仿真系统给出的仿真结果及其各种预测数据，分析虚拟生产过程中的可能存在的各种问题和潜在的优化方案等，进而优化生产过程、提高生产的可靠性与产品的质量，最终提高企业的效益。
2.3 虚拟现实技术
虚拟现实技术能够提供一种具有沉浸性、交互性和构想性的多维信息空间，为方便实现人机交互，使用户能身临其境地感受开发的产品，具有很好地直观性，在数字化工厂中具有广泛的应用前景。虚拟技术的实现水平，很大程度上影响着数字化工厂系统的可操作性，同时也影响着用户对产品设计以及生产过程判断的正确性。
2.4 软件之间的重组和数据集成技术
一个核电厂从设计施工建造到生产运维乃至后期的退役，都需要大量的软件进行辅助支持，然而这些软件由于开发基于的数据库不同，数据源不唯一以及软件与软件之间兼容性不好，没有好的数据接口，导致数据不能在软件与软件之间最大效率的传递应用。这就意味着，将不同使用阶段的不同功能软件之间进行重组或者是数据集成到一个平台上，使整个参与这个项目的所有人员都能使用单一的数据库。数字化工厂软件模块之间以及和其他软件模块之间的信息交换和集成技术就显得尤为重要。
3 数字化工厂在国内核电厂中的应用现状
数字化工厂的构建是一项复杂的系统工程，需要长期、科学、严谨、细致、扎实的工作。我国在数字化工厂建设以及应用方面与发达国家相比差距较大，尤其在数字化工厂的标准化、规范化方面差距显得尤为突出。
下面就从数字化工厂在目前核电厂的设计，建设，运行，管理在这四个阶段的应用情况进行一个简单的分析介绍。
3.1核电厂的设计方面应用现状
首先从工程建设流程来看，工程设计是其龙头，是电厂全面数字化的基础，也是基础数据的来源。目前在核电厂的设计阶段数字化工厂的应用相对来说还算深入一些，国内的电力设计院基本上甩掉了图板，采用CAD计算机辅助设计技术进行电厂设计，达到了设计手段的初级数字化。此外，部分设计院采用国际通用的三维设计技术或协同设计平台，实现了电厂设计的较高质量的数字化。但与国际先进工程公司相比，国内的设计数字化还处于较为基础的阶段，所建立的三维模型只是一个物理模型，还不能很好的全面仿真真实的工艺流程，与所要求的虚拟电厂还有所差距。
3.2核电厂的施工建设方面应用现状
在核电厂的施工建设方面，国内建设单位大都配置有建设期管理信息系统，实现了对电厂建设阶段的基本数字化管理。但从深层次上看，施工方大都没有配置可与设计相兼容的工程管理信息平台，不具备从上游无缝接收数字设计数据的能力，加之绝大部分建设项目并没有从设计方获得全面完整的数字化设计数据，更谈不上基于数字化设计成果的数字化采购、基于数字模型的施工优化等，因此并未充分挖掘和利用数字产品的潜力，没有实现深层次的数字化建设规划和管理。
3.3核电厂的运行方面应用现状
在核电厂运行方面，国内电厂基本上都配置有DCS/PLC等计算机控制系统，有的甚至还在上层配置类似于国外MES制造执行系统的，基本实现了过程控制及设备运行的初级数字化，具备了一定的控制优化和状态检修能力。但与国际先进水平相比，在电厂运行数字化方面，国内还应建立全面的基于被控对象的电厂数字化逻辑模型，并充分应用这些数字化模型，实现对电厂的基于模型的状态预测控制、优化控制、智能控制、故障诊断、状态检修等。
3.4核电厂的管理方面应用现状
在核电厂管理方面，相当多的国内业主建有较为完善的，包括经营管理、资产管理、生产管理、行政管理等主要功能的管理信息系统，但从数据链看，仍没有彻底打通从设计、施工，直至运行的全部数据链，没有实现全部过程的数据共享。从电厂生产管理角度看，没有充分利用虚拟的数字化电厂模型进行电厂的运行管理、安全管理、技术监督管理、大小型项目管理等；此外，也未充分利用已有的数据库、模型库，建立起以管理科学、运筹学、控制论和行为科学为基础，以计算机技术、仿真技术和信息技术为手段，具有智能决策作用的决策支持系统，从而未能为电力企业的各级管理者提供及时、有效的生产经营决策信息，未能达到对工程投资费用、进度、质量、生产的有效控制。
4 结语
数字化核电厂系统是一个庞大的综合性系统平台，系统需要基础设备数字化、生产过程数字化、生产管理数字化、决策支持数字化、分析应用数字化的“五化”为支撑。它是对现有各信息化系统的提升和更高层次的应用，它使核电厂繁复庞杂的设备和管线、工程设计数据、变更资料等静态数据，连同各相关信息化系统提供的动态数据，按照三维空间有机地整合，建成一个完整的数字化核电厂厂环境，并在这个庞大的虚拟空间上建立各种分析应用、模拟推演、训练培训等各种各样的高级应用，有着强大的应用空间和前景。
但是要建成这样的系统也必须投入大量的人力物力财力，打破各自独立的信息化系统的隔离，在信息安全的基础上实现最大范围的互联互通。同时我们还要多多借鉴数字化工厂技术在其它行业的成功应用，相信通过我们核电行业同仁们的不断努力，能早日建成一个完善的智能的适合核电行业的数字化核电厂。
参考文献：
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