核燃料元件產(chǎn)品檢驗信息管理平臺設(shè)計與應(yīng)用

紀(jì)雪舟 盧正艷

收稿日期：2023-08-25

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.06.024

摘? 要：文章對核燃料元件制造過程中涉及的來料檢驗、在線檢驗、實驗室檢驗、委外檢驗和定制檢驗等全部檢驗業(yè)務(wù)進行了研究，結(jié)合先進管理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，構(gòu)建了一套檢驗信息管理平臺，實現(xiàn)了生產(chǎn)制造、檢驗分析和質(zhì)量管理的系統(tǒng)集成和深度融合。該產(chǎn)品檢驗信息管理平臺設(shè)計了針對各類檢驗項目的數(shù)據(jù)采集、結(jié)果判定、質(zhì)量放行和統(tǒng)計分析功能，在確保產(chǎn)品檢驗信息及時、準(zhǔn)確和完整的前提下，極大提升了人員操作效率和質(zhì)量管理深度，實現(xiàn)了對核燃料元件制造全過程的工藝追溯和質(zhì)量管控。

關(guān)鍵詞：核燃料元件制造；產(chǎn)品檢驗；信息化管理平臺

中圖分類號：TP39? ? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-4706（2024）06-0109-06

Design and Application of Nuclear Fuel Element Product Inspection Information Management Platform

JI Xuezhou， LU Zhengyan

（China North Nuclear Fuel Co.， Ltd.， Baotou? 014035， China）

Abstract： This paper conducts research on all inspection businesses involved in the manufacturing process of nuclear fuel element， including incoming inspection， online inspection， laboratory inspection， outsourcing inspection， and customized inspection. Combining advanced management technology and database technology， a set of inspection information management platform is constructed， achieving the system and deep integration of production manufacturing， inspection analysis， and quality management. The product inspection information management platform designs data collection， result judgment， quality release， and statistical analysis functions for various inspection items. While ensuring timely， accurate， and complete product inspection information， it greatly improves personnel operation efficiency and quality management depth， achieving process traceability and quality control throughout the entire process of nuclear fuel element manufacturing.

Keywords： nuclear fuel element manufacturing; product inspection; information management platform

0? 引? 言

壓水堆核燃料元件制造過程主要包括芯塊制造、燃料棒制造、零部件及骨架制造和組件組裝等工藝環(huán)節(jié)，各工藝環(huán)節(jié)又包含多種工藝設(shè)備、檢驗設(shè)備，原材料、半成品和最終產(chǎn)品通過自動化傳輸線或周轉(zhuǎn)工具在各工藝生產(chǎn)線間流轉(zhuǎn)，十幾大類百余種檢驗檢測方法分布在原材料接收、工藝生產(chǎn)、倉儲物流的各個環(huán)節(jié)[1-5]。生產(chǎn)線運行前期，各項檢驗數(shù)據(jù)相對孤立，對產(chǎn)品檢驗數(shù)據(jù)的收集和匯總很難保證及時和完整；檢驗判定、質(zhì)量放行等信息的流轉(zhuǎn)時效性差，影響工藝生產(chǎn)效率；管理人員則無法快速、全面、準(zhǔn)確掌握產(chǎn)品檢驗狀態(tài)和質(zhì)量信息[6-8]。因此，需要設(shè)計開發(fā)綜合性的產(chǎn)品檢驗信息管理平臺來支撐自動化的產(chǎn)品生產(chǎn)和智能化的質(zhì)量管控[9，10]。

核燃料產(chǎn)品檢驗信息管理平臺采用了科學(xué)的管理思想和先進的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)了以產(chǎn)品檢驗業(yè)務(wù)為核心的全方位管理，集樣品管理、資源管理、質(zhì)量管理、接口管理、數(shù)據(jù)管理（采集、傳輸、處理、輸出、發(fā)布）、報表管理等諸多模塊為一體，構(gòu)建了一套完整的產(chǎn)品檢驗綜合管理和監(jiān)控體系。該平臺既能滿足日常各項管理業(yè)務(wù)要求，又從根本上保證了產(chǎn)品檢驗數(shù)據(jù)的及時性、完整性和準(zhǔn)確性。

1? 系統(tǒng)平臺構(gòu)架設(shè)計

產(chǎn)品檢驗信息管理平臺設(shè)計了標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、功能完整、模塊集成的系統(tǒng)構(gòu)架，將來料檢驗、在線檢驗、實驗室檢驗、委外檢驗和定制檢驗等各項業(yè)務(wù)信息進行整合，實現(xiàn)了各檢驗環(huán)節(jié)與生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的無縫系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)實時交互。在該信息管理平臺內(nèi)，建立了統(tǒng)一的標(biāo)識管理細則和業(yè)務(wù)操作流程，開發(fā)了支持生產(chǎn)線自動檢測和實驗室分析檢測的設(shè)備數(shù)據(jù)采集接口，進而為生產(chǎn)線工藝管理和質(zhì)量管理提供了大量基礎(chǔ)檢驗數(shù)據(jù)，構(gòu)建了對核燃料元件制造全過程的工藝追溯和質(zhì)量管控，系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖1所示。

2? 系統(tǒng)平臺功能設(shè)計

2.1? 標(biāo)識管理功能

在燃料元件的生產(chǎn)過程中，物料信息的準(zhǔn)確傳遞是關(guān)系到生產(chǎn)線能否按照產(chǎn)品圖紙和BOM要求開展工藝制造的關(guān)鍵，而樣品信息的準(zhǔn)確記錄和傳遞是保障產(chǎn)品檢驗結(jié)果準(zhǔn)確與否的重要基礎(chǔ)。產(chǎn)品檢驗信息管理平臺設(shè)計了一套標(biāo)準(zhǔn)的檢驗樣品編碼體系，所有樣品編號、樣品類型代碼、樣品管理流程和涉及的設(shè)備、工裝、容器和人員等都在事前進行了精確定義，并定制了相應(yīng)的條碼化標(biāo)簽，如圖2所示。在核燃料元件制造的各個工藝環(huán)節(jié)，當(dāng)檢驗樣品生成時，送樣人員將樣品標(biāo)簽粘貼至對應(yīng)的樣品上或樣品包裝容器上進行送樣，檢驗人員只需使用掃描槍掃描樣品條碼就可以準(zhǔn)確記錄樣品的各類信息，完成樣品驗證和接收操作。

2.2? 在線檢驗管理功能

信息管理平臺將在線檢驗環(huán)節(jié)當(dāng)作生產(chǎn)過程中的加工工序進行管控，通過各種設(shè)備數(shù)據(jù)接口和通信協(xié)議，把尺寸檢驗、稱重檢驗、氦檢漏檢驗、X熒光檢驗、超聲檢驗、有源檢驗等設(shè)備與系統(tǒng)平臺進行集成，實現(xiàn)在線檢驗過程的數(shù)據(jù)自動采集和判定、設(shè)備自動控制和報警。在核燃料元件制造過程中，所有分析樣品的種類和數(shù)量都提前在系統(tǒng)中進行了設(shè)置，系統(tǒng)會自動控制傳輸線或者提示崗位人員完成樣品采集工作，否則傳輸線會停止動作，產(chǎn)品也無法流轉(zhuǎn)到下一個工藝崗位。例如，在系統(tǒng)中點擊啟動管準(zhǔn)備傳輸線監(jiān)控后，界面中會顯示當(dāng)前工位的工作模式，如果是每天開班生產(chǎn)前，則自動提示取樣操作。當(dāng)完成首個包殼管的焊接加工后，系統(tǒng)自動將其定義為班前首樣（金相或腐蝕樣品），之后生產(chǎn)線才能夠進入到自動生產(chǎn)模式，后續(xù)焊接的包殼管自動歸屬于該樣品區(qū)間，組成同一個生產(chǎn)批次。樣品采集的自動化管理有效防止了未取樣、錯取樣、樣品流轉(zhuǎn)錯誤等人為操作事故，使產(chǎn)品質(zhì)量檢驗過程得到了根本保障，生產(chǎn)線自動采樣系統(tǒng)界面（金相、腐蝕樣品）如圖3所示。

圖2? 樣品條碼標(biāo)簽示意圖

2.3? 實驗室檢驗管理功能

實驗過程管理包括了從實驗申請、任務(wù)分配、樣品分析、實驗過程數(shù)據(jù)錄入及計算、實驗報告生成及實驗報告審批的全部業(yè)務(wù)，系統(tǒng)平臺將整個實驗過程進行了規(guī)范化、流程化設(shè)計。檢驗信息管理平臺與生產(chǎn)線工藝系統(tǒng)無縫集成，核燃料元件制造過程中生成的各類樣品可以自動傳遞到實驗室檢測模塊中，實驗操作人員根據(jù)傳遞過來的樣品信息對樣品實物進行驗證接收，然后根據(jù)該種樣品設(shè)定好的檢驗分析方法開展實驗，實驗設(shè)備將結(jié)果傳輸至系統(tǒng)平臺后會自動生產(chǎn)檢驗報告，管理人員對檢驗報告進行審批，審批完成之后會樣品檢驗結(jié)果會自動反饋至生產(chǎn)線工藝系統(tǒng)，自動判定產(chǎn)品是否可以工序流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了核燃料元件制造過程中各類原材料、半成品和最終產(chǎn)品的質(zhì)量判定和工藝流轉(zhuǎn)，實驗室樣品檢驗流程圖如圖4所示。

2.4? 檢驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能

系統(tǒng)平臺設(shè)計了針對各類檢驗項目的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析功能，幫助檢驗人員實時掌握產(chǎn)品工藝狀態(tài)，并及時反饋指導(dǎo)生產(chǎn)線操作人員對工藝參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進行調(diào)整，以控制產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定在合理區(qū)間。例如：針對IFBA芯塊的硼10檢驗和氫含量檢驗項目，檢驗人員建立了相應(yīng)的控制圖曲線，可以清晰掌握產(chǎn)品質(zhì)量的波動情況，對IFBA芯塊制備的涂覆工藝參數(shù)和干燥工藝參數(shù)設(shè)定具有非常重要的指導(dǎo)作用，燃料芯塊硼10檢驗數(shù)據(jù)分析界面如圖5所示。

圖4? 實驗室樣品檢驗流程圖

2.5? 原材料入廠復(fù)驗管理功能

針對原材料入廠復(fù)驗管理要求，可以提前在系統(tǒng)模塊內(nèi)維護好每種原材料復(fù)驗的抽樣方法、檢驗項目、檢驗批次編碼等規(guī)則內(nèi)容。原材料入庫后，管理人員可以自由創(chuàng)建原材料檢驗批（包括單批次或多批次原材料），之后根據(jù)設(shè)定的復(fù)驗規(guī)則自動生成原材料復(fù)驗申請信息，并自動傳遞至相應(yīng)的實驗室崗位或檢驗檢測崗位。完成采樣操作后，系統(tǒng)平臺自動打印出樣品條形碼標(biāo)簽，檢驗人員接收到帶有該標(biāo)簽的樣品后即可開展指定的檢驗分析項目，原材料入廠復(fù)驗系統(tǒng)界面如圖6所示。

圖6? 原材料入廠復(fù)驗系統(tǒng)界面

樣品結(jié)果分析完畢后，系統(tǒng)自動完成檢驗批判定。如果檢驗結(jié)果合格，相應(yīng)批次的原材料狀態(tài)會自動由質(zhì)檢狀態(tài)變成非限制使用狀態(tài)，可以進行后續(xù)的質(zhì)量放行和出入庫操作；如果檢驗結(jié)果不合格，相應(yīng)批次的原材料會自動轉(zhuǎn)入不合格庫等待下一步處理。倉庫管理人員可以清晰準(zhǔn)確的掌握庫存原材料的入廠復(fù)驗結(jié)果，待檢驗或檢驗結(jié)果不合格的原材料在系統(tǒng)中被特殊標(biāo)識，進一步防止生產(chǎn)原材料的錯發(fā)和誤用。

2.6? 輔助管理功能

2.6.1? 檢驗報告定制化功能

在核燃料元件生產(chǎn)過程中，既有標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品檢驗項目，也有臨時性的特殊檢驗項目；既有工藝鑒定階段的檢驗項目，也有正式生產(chǎn)階段的檢驗項目，這導(dǎo)致檢驗記錄模板和報告模板需要不斷修訂，涉及的計算公式和判定標(biāo)準(zhǔn)也在變化。在以往系統(tǒng)設(shè)計上錄入界面和報告模板都是固化的，只能通過后臺進行代碼修改，周期長、難度大。為了提高適應(yīng)管理變化的能力，同時兼顧關(guān)鍵用戶的操作習(xí)慣，系統(tǒng)平臺采用Excel維護和編輯實驗記錄和報告，再將模板文件上傳到系統(tǒng)內(nèi)進行配置，最終使用POI技術(shù)解析Excel模板將解析的內(nèi)容展示在瀏覽器中。對于有數(shù)據(jù)計算的實驗，可以將計算過程配置在模板中，系統(tǒng)直接讀取計算后的值。通過上述方式，用戶只需進行簡單的配置就可以完成錄入項目、計算公式和報告格式的變更工作，檢驗記錄、檢驗報告模板配置示界面如圖7所示。

2.6.2? 檢驗設(shè)備標(biāo)定功能

在系統(tǒng)平臺的管理下，檢驗設(shè)備可以根據(jù)設(shè)定周期自動進行檢定和標(biāo)定工作，確保檢驗設(shè)備的穩(wěn)定性和檢驗結(jié)果的有效性，整個過程中不需要進行任何人工干預(yù)，標(biāo)定結(jié)果對后續(xù)產(chǎn)品工藝和質(zhì)量檢驗有著重要的指導(dǎo)意義。例如，在燃料棒稱重崗位，每班班前都需要對稱重設(shè)備進行標(biāo)定，信息系統(tǒng)控制標(biāo)定裝置將標(biāo)準(zhǔn)砝碼放在稱重設(shè)備上以完成重量信息的數(shù)據(jù)采集工作，如果標(biāo)準(zhǔn)砝碼稱量結(jié)果在上下限范圍內(nèi)則可以啟動產(chǎn)線開始正式的稱重工作，如果一次標(biāo)定結(jié)果未在范圍內(nèi)則需要查明影響原因，如果三次標(biāo)定均超出范圍則系統(tǒng)報警，通知技術(shù)人員對設(shè)備進行檢查和調(diào)試，直到完成信息系統(tǒng)控制下的自動標(biāo)定程序后才能啟動正式生產(chǎn)，燃料棒稱重崗位設(shè)備自動標(biāo)定界面如圖8所示。

2.6.3? 檢驗數(shù)據(jù)報表功能

產(chǎn)品檢驗信息管理平臺具備強大的數(shù)據(jù)采集、跟蹤追溯和統(tǒng)計分析能力，能夠?qū)崿F(xiàn)檢驗數(shù)據(jù)的定制化查詢和數(shù)據(jù)報表的定制化輸出，極大提升了產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理效率。在系統(tǒng)平臺內(nèi)，可以查詢到最終燃料元件檢驗信息的匯總報告，也可以查詢到所有的樣品追溯單，實現(xiàn)了核燃料元件制造過程產(chǎn)品質(zhì)量的完整追溯，數(shù)據(jù)匯總界面如圖9所示。同時，配合核燃料元件及零部件的放行管理工作，系統(tǒng)平臺自動完成檢驗數(shù)據(jù)的收集和整理并顯示在系統(tǒng)界面中，質(zhì)量管理人員直接根據(jù)相關(guān)放行條件是否具備來執(zhí)行放行操作，并且打印出放行所需的各類質(zhì)量放行報告。截至目前，系統(tǒng)平臺已能夠提供產(chǎn)品交付所需的各類質(zhì)量證明文件，實現(xiàn)了產(chǎn)品信息的電子化交付。

2.6.4? 異常情況處理功能

根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量管理要求，將缺陷代碼、返工返修、不符合項處理流程的管理方式固化在系統(tǒng)內(nèi)，實現(xiàn)了對產(chǎn)品檢驗異常情況處理流程的標(biāo)準(zhǔn)化操作。操作人員可以根據(jù)檢驗結(jié)果和判定標(biāo)準(zhǔn)來決定具體的不符合項處理流程。例如，當(dāng)在線檢驗物料出現(xiàn)檢驗結(jié)果為不合格時，首先在系統(tǒng)平臺中進行缺陷代碼判定，如果定義為A類缺陷代碼則可以直接選擇標(biāo)準(zhǔn)返工工藝流程進行處理；如果定義為B類缺陷代碼則需要啟動不符合項處理流程進行處理，產(chǎn)品將被標(biāo)識為待判定狀態(tài)而不能進行任何工序流轉(zhuǎn)，等得到質(zhì)量判定結(jié)果后，才能轉(zhuǎn)入相應(yīng)的生產(chǎn)工藝流程或返工工藝流程，極大方便了質(zhì)量管理人員對檢驗結(jié)果異常產(chǎn)品的處理效率。

同時，由于在實際樣品檢驗的過程中會出現(xiàn)取樣操作失敗或樣品損壞等異常情況，因此系統(tǒng)平臺內(nèi)設(shè)計了臨時取樣點功能來處理上述情況。例如：燃料棒下端塞焊接加工的過程中出現(xiàn)班前樣異常情況時，檢驗人員把樣品異常情況維護到系統(tǒng)內(nèi)，之后取該班次加工的第一根燃料棒產(chǎn)品作為該班次的班前樣品，進而實現(xiàn)該生產(chǎn)批所在樣品區(qū)間的閉合；當(dāng)燃料棒焊接樣品尾樣檢測不合格時，則需要對樣品所代表的批次產(chǎn)品進行抽樣，之后根據(jù)樣品檢驗結(jié)果來確定產(chǎn)品缺陷類型并選擇指定的返工工藝流程或產(chǎn)品報廢流程。在檢驗信息管理平臺和條碼掃描設(shè)備的幫助下，所有的產(chǎn)品缺陷、返工記錄、照用報廢等信息都被精確記 錄，界面如圖10所示，為后續(xù)技術(shù)人員實施的工藝改進和設(shè)備改造提供了強大數(shù)據(jù)支持。

3? 結(jié)? 論

一是在產(chǎn)品檢驗信息管理平臺的支撐下，實現(xiàn)了對核燃料元件制造全過程的工藝追溯和質(zhì)量管控，實現(xiàn)了對各類產(chǎn)品檢驗數(shù)據(jù)的自動化采集、信息化加工和系統(tǒng)化應(yīng)用，為產(chǎn)品制造過程中的各項管理業(yè)務(wù)提供了及時、準(zhǔn)確和完整的檢驗數(shù)據(jù)保障，為核燃料元件制造的精益化管理奠定了基礎(chǔ)。

二是在產(chǎn)品檢驗信息管理平臺的支撐下，實現(xiàn)了對核燃料元件制造過程中各類檢驗業(yè)務(wù)的深度整合，建立了技術(shù)維度和管理維度深度融合的產(chǎn)品檢驗管理體系，完整承接了工藝管控、質(zhì)量管理、設(shè)備檢定、人員資質(zhì)等方面的管理要求，形成了以產(chǎn)品檢驗業(yè)務(wù)為核心的專業(yè)化、集成化管理平臺，極大提升了檢驗人員的工作效能。

三是該產(chǎn)品檢驗信息管理平臺的成功應(yīng)用，進一步推動了核燃料元件制造產(chǎn)品檢驗領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化、精益化和智能化發(fā)展，極大提升了核燃料元件制造的信息化管理水平，為核燃料元件制造行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級提供了可復(fù)制的示范案例，助力公司不斷向高科技、高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)邁進。

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作者簡介：紀(jì)雪舟（1982.06—），男，蒙古族，天津人，高級工程師，碩士研究生，研究方向：核燃料元件制造、信息化；盧正艷（1986.06—），女，滿族，吉林遼源人，高級工程師，工程碩士，研究方向：核燃料元件制造、信息化。