對(duì)利用三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化核電的探討

蔡鼎陽　武相　唐涌濤　林亮　蘇榮福

【摘 要】三維設(shè)計(jì)技術(shù)、協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，為數(shù)字化核電建設(shè)提供了技術(shù)支持。本文對(duì)數(shù)字工程管理平臺(tái)、數(shù)字化電廠模型、跨專業(yè)數(shù)據(jù)集成、標(biāo)準(zhǔn)編碼體系等數(shù)字電廠實(shí)施內(nèi)容進(jìn)行了探究，提出了網(wǎng)絡(luò)通訊、不同平臺(tái)整合、數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)等關(guān)鍵點(diǎn)，為核電相關(guān)設(shè)計(jì)人員人們提供參考。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化核電;三維設(shè)計(jì);協(xié)同設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TM623文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）14-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.016

【Abstract】The application of three-dimensional design technology and collaborative design technology provides technical support for the construction of digital nuclear power.This paper probes into the implementation of digital power plant such as digital engineering management platform，digital power plant model， interdisciplinary data integration， standard coding system.And puts forward some key points，such as network communication，integration of different platforms，data and information association，and so on.It provides a reference for engineers who work on nuclear power plant designing.

【Key words】Digital nuclear power;Three-dimensional design technology;Collaborative design technology

1 三維設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)介

隨著信息科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，核電迎來發(fā)展帶來了新機(jī)遇。在科技環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化移交、構(gòu)建數(shù)字化核電已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。三維設(shè)計(jì)和協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)為數(shù)字化核電實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，提升數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)水平，加快數(shù)字化核電建設(shè)，是未來核電發(fā)展的必然方向。

三維設(shè)計(jì)技術(shù)是在二維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展而來的，能夠促使平面設(shè)計(jì)走向三維模型設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)目標(biāo)立體化。在數(shù)字化核電建設(shè)中，三維設(shè)計(jì)技術(shù)的作用是不可小視的，借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的三維模型。同時(shí)，在設(shè)計(jì)成果展示方面，對(duì)以往展示形式進(jìn)行創(chuàng)新，包含三維模型和設(shè)計(jì)信息的綜合展示形式可以讓管理者、設(shè)計(jì)者一目了然，為數(shù)字化核電構(gòu)建提供了有利條件。借助可視化的協(xié)同系統(tǒng)，能夠讓相關(guān)設(shè)計(jì)人員以自動(dòng)化工作流程為依據(jù)，以同一模型為主開展設(shè)計(jì)工作，對(duì)設(shè)計(jì)方案中不合理的地方及時(shí)改進(jìn)，有利于實(shí)現(xiàn)較高水平的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，大幅提高設(shè)計(jì)效率。

2 協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)介

協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)是協(xié)同設(shè)計(jì)的核心工具，可以對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理，實(shí)現(xiàn)三維信息的集成，在協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)中發(fā)揮著重要作用。協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的主要目標(biāo)是打造集成化應(yīng)用系統(tǒng)，降低整個(gè)工程信息集成的成本。在構(gòu)建數(shù)字化核電過程中，借助協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，能夠有效對(duì)不同階段的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，在此基礎(chǔ)上，可以以數(shù)字化工廠的形式進(jìn)行全廠數(shù)字化移交。另外，在協(xié)同設(shè)計(jì)中，也可以進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心的打造，對(duì)于多專業(yè)的所有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理收集，打通信息孤島，供不同專業(yè)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞與共享，提高接口交換效率，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)效率。

3 數(shù)字電廠實(shí)施內(nèi)容

3.1 三維電廠模型

在數(shù)字化核電建設(shè)中，三維電廠模型是最關(guān)鍵的載體。在三代核電AP1000三維布置設(shè)計(jì)平臺(tái)方面，對(duì)PDS進(jìn)行充分運(yùn)用，主要是因?yàn)樵撈脚_(tái)具有專業(yè)化、一體化特征。不僅有利于實(shí)現(xiàn)各專業(yè)間的充分聯(lián)動(dòng)，而且在各專業(yè)布置方案解決方面也發(fā)揮著重要作用，例如建筑結(jié)構(gòu)、管道布置、電纜敷設(shè)等方面。另外，采用PDS進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，也能夠促使碰撞檢查有效完成，降低碰撞問題出現(xiàn)的概率，并且能夠進(jìn)行工廠三維虛擬漫游、抽取材料清單等[1]。

在建立三維電廠模型時(shí)，為有利于協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)作用的發(fā)揮，需要各專業(yè)及時(shí)將建立的模型導(dǎo)入到協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)中，借助統(tǒng)一編碼功能和相關(guān)設(shè)備，可以自動(dòng)聯(lián)出歷史版本、P&ID流程圖、數(shù)據(jù)表等，這也是建立數(shù)字電廠模型的最初階段。

3.2 數(shù)字工程管理平臺(tái)

在信息水平日益提升的今天，核電建設(shè)逐漸引入了國際化專業(yè)工具平臺(tái)，加強(qiáng)了對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、文檔控制的管理。例如，文檔管理方面，Documentum是最主要的軟件之一，具有一定的先進(jìn)性，可以提高管理水平。

數(shù)字工程管理平臺(tái)是數(shù)字電廠的重要組成部分，主要以大量多專業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為核心，以工程管理集成平臺(tái)為基礎(chǔ)。在訪問后臺(tái)數(shù)據(jù)庫方面，可借助各類網(wǎng)頁瀏覽器。同時(shí)，基于數(shù)字工程管理平臺(tái)，能夠查詢到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的三維模型與二維圖紙資料，并且也涉及到了供應(yīng)商信息、維修信息、各種數(shù)據(jù)報(bào)表、運(yùn)行信息等，與Documentum系統(tǒng)進(jìn)行鏈接，進(jìn)而可直接查閱。

3.3 跨專業(yè)數(shù)據(jù)集成

信息交互是有效完成工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作的基本條件，也是提高設(shè)計(jì)科學(xué)性、可行性的基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要實(shí)現(xiàn)各設(shè)計(jì)平臺(tái)的集成，不僅能夠提高設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳遞的正確性、準(zhǔn)確性，而且還能為數(shù)字化電廠建設(shè)創(chuàng)造良好的環(huán)境。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，主要是以人工方式為主，由相關(guān)人員進(jìn)行互提資料的填寫，并以紙質(zhì)版的形式進(jìn)行傳遞，不僅需要花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，而且還加大了人文因素的影響，提高了錯(cuò)誤出現(xiàn)的概率。在新時(shí)期，為了避免這一不良現(xiàn)象的發(fā)生，可以借助CAE設(shè)計(jì)平臺(tái)，下游專業(yè)進(jìn)行接收，對(duì)于上游設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)而言，能夠直接發(fā)布到協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)，既可以減少差錯(cuò)出現(xiàn)，又保證數(shù)據(jù)的可靠性、一致性，對(duì)良好設(shè)計(jì)效果的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，以Intergraph公司的SP系列軟件為例，使用其自帶工作流的功能，還能夠?qū)ο鄳?yīng)數(shù)據(jù)實(shí)施編校審質(zhì)量控制。為促使設(shè)計(jì)人員能夠更快接受集成化設(shè)計(jì)方式，應(yīng)該打通DMS設(shè)計(jì)質(zhì)量平臺(tái)與SPPID、SPF的接口，在這一基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際建設(shè)狀況，有針對(duì)性的進(jìn)行工作流的制定，以便提升集成化設(shè)計(jì)方式的使用率[2]。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)編碼體系

進(jìn)行統(tǒng)一編碼體系的制定不僅是開展數(shù)據(jù)錄入與對(duì)比的前提，而且也能夠促使設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)，為數(shù)字化電廠設(shè)計(jì)提供良好條件。因此，應(yīng)該進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)編碼體系的建立，以便為其設(shè)計(jì)工作提供重要依據(jù)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)效果。這就需要在各項(xiàng)目編碼基礎(chǔ)上，依據(jù)我國核電具體狀況，設(shè)計(jì)一套標(biāo)準(zhǔn)的編碼體系，對(duì)高質(zhì)量數(shù)字電廠的形成具有重要意義。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)

信息文檔與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)是數(shù)字化核電的主要特征之一。所有數(shù)據(jù)信息的關(guān)聯(lián)都是以標(biāo)識(shí)碼為基礎(chǔ)的，并且該標(biāo)識(shí)碼具有唯一性，給設(shè)備規(guī)范書、流程圖、系統(tǒng)說明書的查閱提供了便利性。目前國內(nèi)核電設(shè)計(jì)以及運(yùn)維領(lǐng)域，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與大量圖紙文檔的關(guān)聯(lián)是需要借助人工方式進(jìn)行的，其整體工作強(qiáng)度極大，且難免發(fā)生人因疏漏。為保證工程數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)的唯一性、準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)與文檔信息的自動(dòng)關(guān)聯(lián)技術(shù)，是現(xiàn)階段數(shù)字化核電需盡快完成的。

4.2 多平臺(tái)數(shù)據(jù)傳遞

在協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)中，工藝系統(tǒng)的典型的設(shè)計(jì)工作流程如下：當(dāng)系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)完成后，將完成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)布給設(shè)備設(shè)計(jì)與布置設(shè)計(jì)人員;設(shè)備設(shè)計(jì)人員完成設(shè)計(jì)后，將模型發(fā)布，模型自動(dòng)傳遞至布置設(shè)計(jì)軟件中;布置設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)輸入，完成布置設(shè)計(jì)后，將設(shè)計(jì)對(duì)象的三維設(shè)計(jì)模型發(fā)布至平臺(tái)，自動(dòng)傳遞至力學(xué)分析軟件與熱工流體分析軟件中供相關(guān)設(shè)計(jì)人員分析計(jì)算;計(jì)算分析完成后，向上游設(shè)計(jì)人員反饋結(jié)果并提出優(yōu)化方案。

為完成以上完整的工藝設(shè)計(jì)流程，關(guān)鍵在于打通各專業(yè)設(shè)計(jì)工具數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行高效的接口數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)真正的三維協(xié)同設(shè)計(jì)。開發(fā)二維流程設(shè)計(jì)軟件（如AutoCAD等）、三維布置設(shè)計(jì)軟件（如PDMS、PDS等）、三維設(shè)備設(shè)計(jì)軟件（如Inventor、SolidWorks等）、力學(xué)分析軟件（如PEPS、ANSYS等）、流體熱工分析軟件（如RELAP5、Fluent等）間的數(shù)據(jù)交換接口，實(shí)現(xiàn)上下游設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的無縫傳遞。不同平臺(tái)軟件間數(shù)據(jù)的直接傳遞，避免了不同專業(yè)間多次重復(fù)的建模過程，大大提升了工作效率;也避免了由于人因造成的數(shù)據(jù)傳遞錯(cuò)誤，而導(dǎo)致的設(shè)計(jì)偏差。

4.3 快捷穩(wěn)定的訪問方式

在以往二維設(shè)計(jì)中，單機(jī)繪制圖紙是最主要的工具，給相關(guān)設(shè)計(jì)人員帶來了很多不便，也不利于設(shè)計(jì)信息的快速查找。而三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用有效彌補(bǔ)了這一缺陷，其主要是采用數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)，其設(shè)計(jì)工作可以在統(tǒng)一的設(shè)計(jì)平臺(tái)上開展，能夠及時(shí)進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)信息的獲取，所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求是比較高的。尤其是在訪問三維模型等重要環(huán)節(jié)中，需要保證網(wǎng)絡(luò)通信安全性與穩(wěn)定性[3]。此外，由于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中包含著極大的信息量，數(shù)據(jù)的讀取與顯示對(duì)硬件設(shè)備提出了極高的要求。而在大多數(shù)時(shí)候，并不需要展示如此多細(xì)節(jié)。為方便快速穩(wěn)定的對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽，模型數(shù)據(jù)的輕量化處理也是一個(gè)急待解決的問題。

5 結(jié)論

三維設(shè)計(jì)技術(shù)與協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)在數(shù)字化核電建設(shè)中具有重要作用。其實(shí)施內(nèi)容主要有三維電廠模型、跨專業(yè)數(shù)據(jù)集成方式、編碼體系設(shè)計(jì)、數(shù)字工程管理平臺(tái)。為了有效建設(shè)電廠，應(yīng)該保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與安全性，加強(qiáng)不同信息整合，促使數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而可提高建設(shè)的有效性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]江國進(jìn)，孫永濱，莫昌瑜，等.基于PSA技術(shù)的核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].核動(dòng)力工程，2019（02）：99-104.

[2]吳官寅，胡立生，張建波.基于改進(jìn)型CREAM方法的核電廠數(shù)字化人機(jī)界面人因可靠性研究[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2017（11）：26-28+31.

[3]張亮，高明.信息化環(huán)境下數(shù)字化核電廠三維結(jié)構(gòu)模型及其解決方案[J].電器工業(yè)，2017（02）：66-69+71.