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智能化为核注入新动能?
时间:2019年07月05日 来源:中国核工业报 点击量:1300 分享:

2019年6月6日上午,工信部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照。5G被视为引领科技创新、实现产业升级、发展新经济的基础性平台。该牌照的发放,标志着我国正式进入5G时代,也意味着工业互联网的发展、产业的智能化升级开始加速。

在核言核。自1942年“芝加哥一号堆”开启人类和平利用核能的纪元,至今不过70余年,核能却已在一些国家显现出发展“疲态”,对安全的担忧和巨大的建设成本等不容忽视。通过转型升级,在保障安全运营的同时提高全要素生产率,提升产业竞争力,对核工业而言迫在眉睫,而数字化、智能化是转型升级的必由之路。

据了解,中核集团将“数字核工业”作为“十三五”重点战略任务,且以研发设计数字化、装备制造智能化、经营管理现代化为“数字核工业”建设的核心目标,最新又明确提出到2030年要初步建成智慧核工业的目标。

不过作为资产价值高、技术集成度也高的“重型”产业,又因保密、安全等而具较为封闭的传统,核工业的腾挪变身并非易事。自2015年至今,我国核工业在ERP(企业资源计划)、数字核电、核燃料智能生产、机器人与智能装备、数字铀矿山等领域全面展开探索,取得了一些成果。但是从重构企业发展战略、开拓新的经济增长模式的层面看,目前尚未交出令人满意的答卷。

核电为主的赛道

数字化和智能化的前身是自动化、信息化。在信息化浪潮中,ERP是必须面对的一项基础工作,而国内各大核企步伐不一。官网显示,2016年,中核集团初步实现了商网互联互通;基本实现了财务数据全集团的汇集,人力资源管理信息化覆盖集团主要成员单位,数据标准化工作业已完成,并开始谋划集团公司数据中心建设;ERP工作在核电板块试点成功的基础上,进一步扩展试点范围。根据来自2012年度中央企业信息化工作会议的报道,“十一五”期间中广核集团已建成以ERP为核心的信息系统。

核电是核工业中“最好的资产”,核电领域的数字化及智能化起步早、投入多。核电要实现智能发电,离不开智能化控制技术、智能控制仪表的装备研发,乃至移动互联网、人工智能、大数据、超级计算、传感器等新理论新技术的应用。

国务院发布于2017年的《新一代人工智能发展规划》里,专门提及要发展支撑核电安全运营的智能保障平台。2018年,国家发改委、国家能源局、生态环境部、国防科工局联合发布了《关于进一步加强核电运行安全管理的指导意见》,明确要求“推进信息化、智能化、大数据等新技术在核电运行安全管理中的应用”。

智能核电站的研究成为近年来世界各国提高核电站设计和建造效率的重要手段和方向,国内各涉核集团也都已全面启动数字核电、智慧核电建设。2014年,中广核工程有限公司提出“智能电站”项目总体技术方案,并通过中国核能行业协会的评审。根据技术方案,该项目将按照统一业务流程、协同设计、智能建造、项目管理、仿真推演、知识工程、信息构架及数据中心等七个专项协同推进,旨在建成涵盖核电设计、建造全生命周期的数字电站。

针对“华龙一号”核电工程设计、试验、建造、运行及退役等环节,中核集团成立了数字核电建设专项工作组,由中国核电工程有限公司牵头,中国核能电力股份有限公司、中国核动力研究设计院等单位参加。目标是“十三五”末“华龙一号”首堆要实现工程侧向运营侧的数字化移交,全面支撑“华龙一号”首堆的数字化运营。同样针对“华龙一号”,今年1月,中广核集团在防城港核电基地举行了智能核电数字化移交研究项目启动会,会上签署了《“华龙一号”示范项目数字化移交协议》,计划依托防城港核电二期项目实现核电数字化移交。

在核电设备管理方面,2018年11月,中国核能电力股份有限公司对外发布设备可靠性管理系统ERDB。截至2018年,中国核电旗下21台机组全部投用了ERDB系统,涉及到管理的设备有167万多台,通过9万多个数据测点,为1097个系统进行评价。“站在新的起点放眼未来,核电厂将向着数字化、智能化发展。ERDB系统是传统工业与先进的大数据、互联网、人工智能的充分结合。”发布方如此表示。

除了核电站,研究堆领域也有进展,中国原子能科学研究院在2016年7月发布了数字微堆系统。数字微堆属于数字反应堆的一种,构建了一个虚拟数字反应堆集成开发环境,对安装、首次临界、运行、应用、退役和安全等进行全方位的模拟仿真。据介绍,采用数字微堆系统后,新设计和建造一个微堆将显著缩短建设周期,节省建设投资,并可为用户提供数字化运行和维修的培训和教学系统。

2019年5月26日,工信部“十佳大数据案例”评选结果揭晓,中国核动力研究设计院研发的反应堆远程智能诊断平台——PRID入选其中。PRID依托故障诊断方向的专家资源,使用自主开发的智能诊断分析算法,准确、及时地对关键设备进行智能诊断分析,提出运维策略,开创了信息化、一体化、智能化的核电关键设备运维新模式。“PRID反应堆远程智能诊断平台,是人工智能技术在核电行业的落地和发展。”核动力院党委书记周定文如是说。

对于数字化核燃料产业,据了解中核集团主要从三方面推进:专用设备的智能制造平台建设、铀浓缩工程协同设计与运行仿真平台建设、核燃料元件车间智能化制造系统建设。例如,中核建中核燃料元件有限公司依托多次技术改革,一再提升核燃料生产线的自动化、信息化水平,如今实现了产品全过程的自动化加工及物料的自动化转运,以及产品全过程的信息数据跟踪和管控,虽然与工业4.0所提倡的智能制造还有一定差距,但已为全面打造燃料元件数字化车间打下了基础。

在数字铀矿山方面,天山铀业是目前中国产能最大、技术最先进、数字化程度最高的天然铀生产基地。“在天山铀业办公室,我们就可以24小时收集、监控井场、水冶厂的所有信息。而与数字化信息相连的另一端,则是无人值守的井场集控室和高度自动化的水冶生产。”中核第四研究设计工程有限公司的副总工程师倪玉辉说。据她介绍,中国铀业一直在致力完善绿色矿山标准化建设,而其中最重要的内容就是建设数字地浸铀矿山。

作为未来科技发展的制高点,机器人与智能装备也是核工业智能化的重要方向。继核电智能装备与机器人技术创新联盟之后,从核电领域拓展至核工业全产业链的核工业机器人与智能装备协同创新联盟也于2018年年底成立。联盟既覆盖业内的核电、核燃料、核应急机器人研发及应用的实践,也包括机器人方面的高新企业在全产品供应链中的实践、民营企业在核电站强辐射机器人以及核设施退役机器人的研发与实践。

下一步怎么走?

和互联网一样,5G、人工智能、大数据、云计算等不是单一的技术或产业,而是可以作为基础能力被广泛应用,促进形成新的产业推动力和新的经济增长点,促进产业的高质量发展。而且可以不断提高生产效率,甚至为产业带来颠覆性的变革。

事实上,智能化对能源系统的冲击已来——电力工程已成为中国人工智能专利布局的重要领域,人工智能技术能协助对多个来源产生的能源输出进行管理,将可再生能源的自然间歇性破坏降到最低。“分布式”能源依靠人工智能的调节达到整体输出的稳定性,利好太阳能、风能等新能源。是挑战更是机遇。核工业能否将先进的信息技术与自身深化改革结合起来,获得新动能?

在6月20日的“2019国资论坛——国有企业信息技术创新与应用研讨会”上,中国信息通信研究院副总工程师王爱华谈到,当前我国工业互联网的应用探索的方向中,“补课”、提升与模式创新并举。中钢集团信息管理部总经理李红的说法与之接近:“我国企业普遍处于(工业)2.0‘补课’、3.0普及和4.0示范的阶段。” 在核工业企业中,也呈现“两化融合”水平良莠不齐、整体信息化水平不高的现状。部分企业虽然号称“数字化转型”,但没有清晰的转型思路,具体实施还是因循旧制;或者对数字化本身认识不足,不够敏感,缺乏变革动力;企业的CIO缺位,或者没有存在感等。

“对智能化的认知,不能停留在建系统、做支撑的传统信息化阶段,不能为智能化而智能化。”实现联网工作、“无纸化”办公当然是信息化、数字化的一个步骤,对于效率提升的影响也可能不容小觑,但这仅是表层。智能化工作在推进过程中需要将先进的信息技术手段同企业发展战略、主营业务和经营管理进行结合,从支撑转变到引领。一方面以业务驱动的方式,紧紧围绕核心业务和价值最大的业务领域开展智能化工作;另一方面认识到数据资源日益成为重要生产要素、无形资产和企业财富,通过数据驱动,优化或创新业务模式。前面提到的核电数字化交付,其实就是数字化产品和服务的一例。

基于数据基理的协同设计和仿真验证,已经成为各类复杂工程的一致选择。据了解,航天科工对火箭发动机进行多专业协同设计与仿真论证,设计效率相比之前提升了14倍。协同设计的内涵不仅仅包括跨地域、跨专业等,也包括对流程的横向打通,从设计之初就考虑到接下来的验证,也考虑到再往后的施工建造等环节。

“核电小堆要提升效益,设计从一开始一直到使用、运维乃至最终退役,都要考虑在内,实现全生命周期端到端的设计。另外,目前大型核电站一般都是在海上或者当地的现场去建造,而小堆可以模块化,更多地在工厂里的流水线上制造,从而利用智能生产降低成本。”达索系统能源、流程与公共事业行业副总裁Thomas Grand在2019年达索系统3D体验高峰论坛上接受采访时说。

他同时谈到,很多关系到安全的重要设备,不是主动的而是被动的一些设备,如管道、除尘器等,保证其安全性的最佳办法还是通过对材料的仿真——现在甚至可以仿真到分子和原子层面的变化,来预期它的寿命及安全性等。“做好仿真后,可以更加有计划性地开展维修,使得维修不会打扰正常的运维生产,而且每次都有针对性地把问题解决。”

与核工业类似,针对连续生产、安全环保要求高等特点,不管是以“数字孪生”为核心的智能工厂建设,还是以数据可视化为核心的风险管控系统,在钢铁、石化、能源电力等行业的很多企业中已经得到应用。此外在依托系统集成的供应链优化管理、以数据模型分析为核心的设备健康管理等方面,也有一些其他行业的成功案例或可借鉴。例如空客集团整合众多上游供货厂商,基于自动标识与数据分析,实现零部件高效管理与采购,供应链成本减少了20%。

近日,中核集团宣布其人工智能与核科技产业融合战略规划项目正式启动,高调推进人工智能与核科技产业的融合应用。据了解,中核集团计划从整个核产业链出发,探索人工智能融合应用的需求和场景。通过打造智能化铀资源勘探和开采,智能化核燃料生产制造,智能化核装备制造和智能化工厂管理,智能化核电设计、建造和运营,同时研究人工智能在核环保、核动力等领域的融合应用,推动人工智能在全产业链的深度融合、创新应用和转型驱动,从而推动核工业产业优化升级、生产力整体跃升。

正如国务院国资委综合局副局长袁雷峰在国有企业信息技术创新与应用研讨会上指出的那样,“数字化、智能化是趋势,趋势就是早晚会到来的,要主动迎上它。”


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