核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)施策略研究

徐建軍，王 浩，楊 柳

（1.中廣核工程有限公司 核電安全監(jiān)控技術(shù)與裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518028；2.中廣核集團(tuán)有限公司 研究中心，廣東 深圳 518100）

0 引言

核電企業(yè)是保障國(guó)家能源安全、環(huán)境安全的重要力量，擔(dān)負(fù)著推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和能源發(fā)展的歷史使命。根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（International Atomic Energy Agency，簡(jiǎn)稱IAEA）發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，截至2021 年年底，全球在運(yùn)核電機(jī)組439 臺(tái)，其中中國(guó)大陸在運(yùn)53 臺(tái)，僅次于美國(guó)的93 臺(tái)和法國(guó)的56 臺(tái)，在運(yùn)機(jī)組數(shù)量位居全球第三，中國(guó)已成為全球核電利用大國(guó)。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時(shí)代背景下，中國(guó)核電行業(yè)普遍認(rèn)識(shí)到數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要性，數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢(shì)，越來(lái)越多核電企業(yè)將數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為企業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向，紛紛提出利用人工智能、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬仿真等為代表的先進(jìn)數(shù)字化技術(shù)，以提升核電廠本質(zhì)安全和經(jīng)濟(jì)性，提高核電企業(yè)生產(chǎn)要素配置效率，促進(jìn)核電產(chǎn)業(yè)緊密協(xié)同為目標(biāo)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展思路。

1 核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意義

1.1 提升核電廠廣泛智能互聯(lián)水平

物聯(lián)網(wǎng)、5G 等新一代信息通信技術(shù)開(kāi)啟了萬(wàn)物互聯(lián)的新時(shí)代，同樣也為核電廠重要設(shè)備的在線檢測(cè)、遠(yuǎn)程診斷與集約控制等提供了必要的技術(shù)保障。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與分析，再借助人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建廣覆蓋、低時(shí)延、高可靠性的核電廠互聯(lián)互通集成體系，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)外部各個(gè)控制和管理單元的無(wú)縫鏈接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電廠生產(chǎn)場(chǎng)景、生產(chǎn)方式和管理模式的顛覆性變革，甚至重構(gòu)整個(gè)核電廠的時(shí)空體系。

1.2 驅(qū)動(dòng)核電企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略變革

核電企業(yè)是保障國(guó)家安全、能源安全、環(huán)境安全的重要力量，承擔(dān)著推動(dòng)國(guó)家能源安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的雙重歷史使命。隨著數(shù)字化、智能化的普及與快速發(fā)展，核電企業(yè)數(shù)字化變革是行業(yè)發(fā)展的必然選擇，用數(shù)字技術(shù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)變革是核電企業(yè)必然發(fā)展戰(zhàn)略。核電企業(yè)實(shí)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型，核心就是依托“大云物移”等數(shù)字化技術(shù)體系，在更寬、更深的技術(shù)層面挖掘和使用數(shù)據(jù)，推動(dòng)數(shù)據(jù)的價(jià)值作用從工具層面上升為生產(chǎn)要素，成為企業(yè)的核心資產(chǎn)和戰(zhàn)略資源，借助數(shù)據(jù)模型引導(dǎo)要素向效率更高的生產(chǎn)環(huán)節(jié)集聚，進(jìn)而推進(jìn)要素配置效率提升，提高綜合利用效率，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，甚至重構(gòu)企業(yè)生態(tài)圈。

1.3 促進(jìn)核電產(chǎn)業(yè)鏈更為緊密合作

隨著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的逐漸普及與快速發(fā)展，核電廠建設(shè)和運(yùn)行各參與方的業(yè)務(wù)協(xié)同與協(xié)作方式將發(fā)生根本性改變，基于數(shù)字化的信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)作將更為普遍[1]。同時(shí)，伴隨核電產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作的深化，企業(yè)之間的信息系統(tǒng)集成將逐步成為常態(tài)，核電產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、采購(gòu)、工程建設(shè)和核電廠運(yùn)行各環(huán)節(jié)互有數(shù)據(jù)信息的需求，大量數(shù)據(jù)通過(guò)有效組織、交換和聚集，最終將形成覆蓋核電產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域的全周期大數(shù)據(jù)體系，而通過(guò)對(duì)核電產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)的挖掘分析利用，又將不斷產(chǎn)生新的應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)核電產(chǎn)業(yè)鏈更加緊密的合作，并最終提升整體績(jī)效和智能化水平。

2 數(shù)字化轉(zhuǎn)型關(guān)鍵技術(shù)

2.1 智能設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)是核電產(chǎn)業(yè)的龍頭，不僅影響著核電產(chǎn)業(yè)的方向和行業(yè)水平，而且直接決定著核電工程建造效率、質(zhì)量及其經(jīng)濟(jì)性。由于核電廠系統(tǒng)復(fù)雜，布局緊湊，一臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組擁有300 多個(gè)系統(tǒng)，近10 萬(wàn)臺(tái)套設(shè)備裝置，且核電設(shè)計(jì)參與專業(yè)多，約束條件多，迭代過(guò)程復(fù)雜。而基于云架構(gòu)三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)體系，可以有效提升核電廠設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先是云設(shè)計(jì)的協(xié)同設(shè)計(jì)能力，將設(shè)計(jì)流程、平臺(tái)、資源整合到云端數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)按核電廠系統(tǒng)、功能及方案開(kāi)展協(xié)同設(shè)計(jì)，通過(guò)資源整合、流程優(yōu)化和協(xié)同創(chuàng)新，驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程創(chuàng)新、模式創(chuàng)新和功能創(chuàng)新，讓設(shè)備供應(yīng)商、制造廠家和設(shè)計(jì)單位同步參與到前端設(shè)計(jì)中，顛覆傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式。其次是設(shè)計(jì)平臺(tái)工具智能化，可以在較短時(shí)間內(nèi)完成大量復(fù)雜運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)快速建模，生成三維模型數(shù)據(jù)目標(biāo)，提供模型數(shù)據(jù)自動(dòng)校驗(yàn)，電纜自動(dòng)敷設(shè)，智能出圖等能力，甚至具備人工智能設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系，利用大數(shù)據(jù)和人工智能學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果智能檢查、優(yōu)化和發(fā)布[2]。

2.2 數(shù)字孿生

數(shù)字孿生技術(shù)有助于精確地聯(lián)系實(shí)體世界和數(shù)字世界，近年來(lái)在核電領(lǐng)域應(yīng)用迅速。5G 通信、大數(shù)據(jù)、先進(jìn)仿真分析等技術(shù)組成的數(shù)字孿生技術(shù)體系，正加快推動(dòng)核電廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型。數(shù)字孿生技術(shù)是以快速在線檢測(cè)和建模仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，融合了智能互聯(lián)、邊緣計(jì)算、人工智能等技術(shù)，通過(guò)對(duì)智能傳感數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)、運(yùn)維歷史數(shù)據(jù)分析，集成電、輻射、熱、振動(dòng)、流體、壓力等多物理量的仿真過(guò)程，在虛擬空間中實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體核電廠機(jī)組、系統(tǒng)、設(shè)備的真實(shí)映射[3]，并進(jìn)行實(shí)時(shí)更新與動(dòng)態(tài)演化。數(shù)字孿生模型對(duì)物理實(shí)體的仿真預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度會(huì)隨著經(jīng)驗(yàn)的不斷積累以及數(shù)據(jù)量的不斷增加而逐漸提高，能直觀、高效地洞悉核電廠系統(tǒng)的數(shù)字孿生體之間共享智慧、共同進(jìn)化的孿生共智狀態(tài)，數(shù)字孿生技術(shù)可參與核電廠設(shè)備實(shí)體從早期概念設(shè)計(jì)到運(yùn)維，再到退役拆解回收的全生命周期過(guò)程中。

2.3 大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是數(shù)字時(shí)代下應(yīng)運(yùn)而生的一種新技術(shù)，內(nèi)涵非常豐富。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，中國(guó)核電企業(yè)積累了各種堆型的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、調(diào)試、運(yùn)行等產(chǎn)業(yè)鏈階段寶貴數(shù)據(jù)，收集了核電企業(yè)上百個(gè)堆年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)[4]。大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不僅是對(duì)海量數(shù)據(jù)信息的掌握，更是對(duì)企業(yè)所需數(shù)據(jù)的專業(yè)化、智能化處理，在有效運(yùn)用數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、存儲(chǔ)、管理以及分析等功能的基礎(chǔ)上，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)的“數(shù)據(jù)+算力+算法”核心要素，對(duì)海量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、分析和利用，為核電企業(yè)提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、大量的高價(jià)值密度的數(shù)據(jù)信息服務(wù)，推動(dòng)數(shù)據(jù)價(jià)值從工具層面上升為生產(chǎn)要素，甚至成為企業(yè)的核心資產(chǎn)和戰(zhàn)略資源。

2.4 人工智能

人工智能是核電廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，融合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，利用數(shù)據(jù)、算力、算法三要素，提升核電廠智能化水平，賦能數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來(lái)生產(chǎn)方式變革和效率提升。人工智能基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)、智能語(yǔ)音、自然語(yǔ)言處理等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可發(fā)揮在核電廠特殊場(chǎng)景環(huán)境應(yīng)用上獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能夠極大提高核電廠運(yùn)作效率和智能化水平。在設(shè)備安全領(lǐng)域，通過(guò)自動(dòng)獲取設(shè)備相關(guān)信息，動(dòng)態(tài)分析設(shè)備的整個(gè)生命周期、跟蹤設(shè)備性能，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行有效預(yù)警，最大限度減少因設(shè)備引起的故障。在安全生產(chǎn)領(lǐng)域，結(jié)合三維環(huán)境重建、視覺(jué)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各類機(jī)器人在特殊環(huán)境下的自動(dòng)巡視、作業(yè)、處置等現(xiàn)場(chǎng)安全智能服務(wù)，提升核電廠人工智能技術(shù)應(yīng)用水平。

3 核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型存在的主要問(wèn)題

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，核電企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型已具備較好的基礎(chǔ)條件。但客觀看，大部分核電企業(yè)還是在原來(lái)信息化范疇之內(nèi)開(kāi)展工作，與新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下的數(shù)字化轉(zhuǎn)型展望目標(biāo)還存在較大差距。理念認(rèn)識(shí)方面，對(duì)核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型未有充分的理解認(rèn)識(shí)，與時(shí)俱進(jìn)的創(chuàng)新意識(shí)不足，對(duì)前沿?cái)?shù)字化技術(shù)的看法尚停在工具層面，甚至還有數(shù)字化建設(shè)主要是IT 部門(mén)的觀念；規(guī)劃統(tǒng)籌方面，數(shù)字化轉(zhuǎn)型缺少戰(zhàn)略層面的規(guī)劃引導(dǎo)，數(shù)字化建設(shè)和業(yè)務(wù)發(fā)展缺少融合對(duì)接；企業(yè)總部層面，未建立有效的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制，核電廠等各家單位數(shù)字化工作共建共享不足，存在重復(fù)投入，各自為戰(zhàn)的情況，造成資源浪費(fèi)。當(dāng)前的信息化建設(shè)成果更多體現(xiàn)為提高工作效率，解放體力勞動(dòng)，大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿?cái)?shù)字化技術(shù)尚未得到有效應(yīng)用，數(shù)據(jù)挖掘在范圍、深度及歷史積累等方面都還不夠；產(chǎn)業(yè)協(xié)同方面，核電行業(yè)間、企業(yè)間、板塊間壁壘嚴(yán)重，信息系統(tǒng)林立，數(shù)據(jù)流、信息流的有效貫通存在諸多阻礙，而且主要受制于人員觀念、管理制度等非技術(shù)因素。

4 核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)施策略

4.1 戰(zhàn)略導(dǎo)向，規(guī)劃先行

戰(zhàn)略導(dǎo)向規(guī)劃牽引屬核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的頂層建設(shè)，將數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為企業(yè)總體戰(zhàn)略的重要組成部分。鑒于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要意義，同時(shí)考慮到數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一項(xiàng)長(zhǎng)期性、系統(tǒng)性和艱巨性任務(wù)，核電企業(yè)必須要在戰(zhàn)略上予以高度重視，突出戰(zhàn)略引領(lǐng)，抓住數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)代的契機(jī)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展愿景目標(biāo)。首先，在企業(yè)總部層面要做好數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略規(guī)劃，形成統(tǒng)一思路，提出三年或五年轉(zhuǎn)型計(jì)劃，規(guī)劃實(shí)現(xiàn)路徑，設(shè)立清晰而具體數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標(biāo)；其次，要成立數(shù)字化轉(zhuǎn)型專項(xiàng)組織，加強(qiáng)企業(yè)總部層面數(shù)字化工作的管控與牽引力量，統(tǒng)籌分層分級(jí)，協(xié)同多方實(shí)施，積極推動(dòng)企業(yè)數(shù)字化、智能化技術(shù)全面落地。

4.2 問(wèn)題牽引，技術(shù)保障

問(wèn)題牽引是核電企業(yè)通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型解決實(shí)際問(wèn)題的現(xiàn)實(shí)初衷，而技術(shù)是解決實(shí)際問(wèn)題必然保障。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的快速建設(shè)發(fā)展，我們國(guó)家核電建設(shè)施工能力全球領(lǐng)先，核電自主創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，核電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率快速已接近90%。雖然中國(guó)已是核電大國(guó)，但還存在核電關(guān)鍵技術(shù)“卡脖子”的短板，少量核電核心零部件、核心軟件，包括核燃料后端循環(huán)技術(shù)移交退役技術(shù)，仍受到國(guó)外技術(shù)限制與封鎖，國(guó)內(nèi)核電主體企業(yè)，已先后被美國(guó)列入“實(shí)體清單”。面對(duì)中國(guó)核電產(chǎn)業(yè)亟待解決的上述問(wèn)題，核電企業(yè)要以問(wèn)題為牽引，以技術(shù)為抓手，抓住數(shù)字化轉(zhuǎn)型的驅(qū)動(dòng)契機(jī)，升級(jí)思路和路徑，利用數(shù)字化前沿技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破和彎道超車(chē)。

4.3 系統(tǒng)工程，產(chǎn)業(yè)協(xié)同

系統(tǒng)工程是核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中所面臨的挑戰(zhàn)和現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)協(xié)同是解決系統(tǒng)工程等復(fù)雜問(wèn)題總體思路。核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是個(gè)非常龐大的系統(tǒng)工程，需要核電產(chǎn)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域?qū)I(yè)有效協(xié)同才能實(shí)現(xiàn)。反過(guò)來(lái)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型也是有效打破傳統(tǒng)核電產(chǎn)業(yè)壁壘之契機(jī)，利用“大云物移”等數(shù)字化技術(shù)打破產(chǎn)業(yè)之間、企業(yè)之間、專業(yè)之間已形成的數(shù)據(jù)信息孤島，有利于形成產(chǎn)業(yè)合力協(xié)同資源，解決企業(yè)共性問(wèn)題和核電廠共模問(wèn)題，形成共建共享，相對(duì)開(kāi)放的核電生態(tài)體系。從行業(yè)整體、全局上認(rèn)識(shí)問(wèn)題，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)布局，推動(dòng)企業(yè)間科學(xué)統(tǒng)籌和合縱連橫，全面推動(dòng)、上下結(jié)合推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作。

4.4 創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，由點(diǎn)帶面

自主創(chuàng)新是核電企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展必由之路。核電企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的本質(zhì)特征是擁有一套與自身相適應(yīng)的自主創(chuàng)新機(jī)制，并在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域突破創(chuàng)新的能力，在局部領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型新形勢(shì)下，核電企業(yè)可通過(guò)局部來(lái)帶動(dòng)整體技術(shù)水平提升，重點(diǎn)在智慧核電建設(shè)、新堆型設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，加快數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用。智慧核電建設(shè)方面，安全化、智能化始終是未來(lái)核電廠需要突破的一個(gè)要點(diǎn)，核電企業(yè)可利用先進(jìn)的數(shù)字傳感器技術(shù)對(duì)核電廠運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能識(shí)別和態(tài)勢(shì)感知，用大數(shù)據(jù)分析對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析和優(yōu)化，還可借助邊緣計(jì)算、人工智能、機(jī)器人等前沿技術(shù)，對(duì)核電廠智慧值守、應(yīng)急響應(yīng)等進(jìn)行無(wú)人化技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)核電廠安全風(fēng)險(xiǎn)可視化、安全監(jiān)督智能化、安全管理信息化、安全決策科學(xué)化。先進(jìn)堆型設(shè)計(jì)方面，可在高溫氣冷堆等第四代核電技術(shù)，海洋核動(dòng)力、空間核動(dòng)力等小型堆技術(shù)設(shè)計(jì)研發(fā)，以及先進(jìn)核燃料及循環(huán)利用等技術(shù)領(lǐng)域，加快數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)局部領(lǐng)域的原創(chuàng)性自主創(chuàng)新和技術(shù)引領(lǐng)，再由點(diǎn)及面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性突破，助力中國(guó)躋身世界一流核電技術(shù)強(qiáng)國(guó)。

5 結(jié)論

核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個(gè)系統(tǒng)工程，也是一項(xiàng)戰(zhàn)略性、長(zhǎng)期性目標(biāo)任務(wù)。數(shù)字化轉(zhuǎn)型將有效提升核電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性，驅(qū)動(dòng)核電企業(yè)戰(zhàn)略創(chuàng)新，促進(jìn)核電產(chǎn)業(yè)深度融合。為此，核電企業(yè)需要進(jìn)一步統(tǒng)一思想，提高對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型重要性的認(rèn)識(shí)，主動(dòng)求變，科學(xué)應(yīng)變，重點(diǎn)圍繞怎么突破核心技術(shù)封鎖，提高核電本質(zhì)安全水平，提升運(yùn)營(yíng)管理效能，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等方向，做好頂層設(shè)計(jì)，上下協(xié)同推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作，最終實(shí)現(xiàn)重構(gòu)核電企業(yè)生態(tài)圈，提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的目標(biāo)。鑒于核安全是核電企業(yè)的生命線，核電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需遵循大膽創(chuàng)新、謹(jǐn)慎驗(yàn)證、逐步推廣原則，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型推動(dòng)核電企業(yè)融合創(chuàng)新，全面提升中國(guó)核電本質(zhì)安全水平，盡快實(shí)現(xiàn)中國(guó)由核電大國(guó)向核電強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。