数字化核电设计建设思路

2019-09-05 10:39:56 幌鹤 11

一、数字化设计必然性

大数据、云计算、物联网、3D打印、工业机器人、人工智能、机器深度学习等新技术呈爆炸式涌现,取得巨大进步,正驱动着第四次工业革命以不可阻挡之势席卷全球,一场深刻的系统性变革已经开始。

与此同时,核电发展正处于重要的战略机遇期,面临多个国家、多个公司、多种成熟堆型的激烈竞争。

本质上讲核电站是设计出来的,核电站的设计异常复杂,涉及近70个专业。专业间的数据交互数以万计,同时还要兼顾采购、施工、调试、运行、维护。设计数据是核电厂建设、运行的源头,占据核电厂数据的60%。数字化设计是数字化核电厂“牛鼻子”,是保障项目EPCS顺利实施、降低风险的核心手段,是数字化运行的主要数据来源。发展数字化设计,正是从核电设计源头,推进供给侧改革,通过资源整合、流程优化,整体提高设计资源效率,提高供给结构对需求变化的适应性和灵活性,最终为EPCS后续各板块提供更优质的设计服务和支持。

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文章摘要:,刘华清博锐忑忑忐忐,座标优游自若敕令。

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数字化设计也是核电产品核心竞争力提升的主要手段。数字化设计通过效率提升,能够提高核电的经济性,更重要的是通过实施数字化设计,解放生产力,带来的以安全性先进性为主要特征的核电产品竞争力提升,并开拓附加增值服务。

二、数字化设计需求与目标

核电设计涉及单位多、部门多、专业多,设计项目多,堆型种类多;不同部门或生产所之间,与其他板块之间,与设计分包单位、供应商之间业务接口多、交互频繁;跨地域全球化协作;设计工具类、信息管理类、业务管理类等软件种类繁杂,应用分散化、孤岛化。

资源的利用效率决定生产效率和组织生产力。对于核电设计,资源表现为设计人员、管理人员、决策层的时间,设计工具、管理系统、决策工具,设计数据、管理数据、决策数据等。

如何将各类人员的时间资源发挥最大价值,减少重复性、非创造性活动耗用?如何充分整合利用各类软件、工具,发挥最大价值,提升生产工具的利用效率?对于设计过程中产生的设计数据、管理数据、决策数据,如何能让数据在产生时,就成为有价值的数据?如何让产生后的数据,产生更大价值?

数字化设计就是要解决上述问题,从设计体系、互提资料、集成度、设计数据库、三维模型、分包商管控、仿真验证等方面统筹考虑,构建综合的一体化协同平台,整合资源,让资源本身的价值最大化。

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数字化设计目标可总结为开展一个转型、推进两个变革、构建三个具备、打造四大能力

一个转型即数字化转型。

两个变革即设计体系变革、管理模式变革。设计体系变革:过去以二维图纸为核心的设计体系及规范,需转为基于三维模型的数字化设计体系,实现在虚拟环境管理全部、唯一的数据源。管理模式变革:过去以图纸为核心进行管理,需转为以三维模型、设计对象数字为核心进行管控。

三个具备即全厂三维模型、核电全寿期数据(设计成果数据和采购、施工、调试数据)、数字化模拟仿真

四大能力即包括全厂数字化协同设计能力、数字化设计管理能力、数字化分包服务管理能力、数字化模拟仿真验证

三、数字化设计建设方案

核电数字化设计具有WEB化、数字化、可视化、虚拟化、互联网化等特点,旨在以设计门户为中心枢纽,打造一体化数字化协同综合设计平台,对内资源整合,对外协作联通,内外联动、协同高效,实现分包管理全业务、设计主线统筹全周期、流程驱动设计全过程、统一分类管控全数据、设计工具应用全集成。同时实现设计、采购、施工、调试、照料建设等阶段数字化协同协作,为数字化移交奠定数据和功能基础,为数字化运行提供数据支持,为核电业主提供仿真模拟服务。

1.WEB化-设计门户-对内整合,对外联通

设计门户概括起来就是对内整合、对外联通,内部联通采购、施工、调试板块,对外联通设计分包院。

设计门户是设计院信息发布、数据展现的唯一有效平台。可以在此系统接收分包院通过分包院门户提交的业务数据和文件,向分包院、业主发布业务数据和文件。对内可进行设计信息发布,与采购、施工、调试进行业务协同;支持多项目、多堆型、全流程、全员、全厂,设计业务全覆盖。

2.数字化-数据中心-全过程数字化记录

整合设计数据,全过程数字化记录。构建设计门户、数据中心、设计工具集三层信息化体系,实现设计对象和设计数据集中管控,一次生成,集中存储,多地应用。

数据中心实现数据的集中存储、分类管控、状态标注、版本控制,与设计门户集成形成数据的有效性、正确性、完整性审查,数据的全专业、多方共享。数据中心预留归集采购、施工、调试数据和运维、退役数据的功能。

数据中心是设计数据的唯一有效数据源,通过设计门户对外统一发布,提供设计数据服务。采购、施工、调试板块通过与设计门户的接口,调用发布的设计数据,作为各板块开展后续工作的数据依据;业主通过申请获取设计门户的相关设计数据调用权限,用于运行维护。设计门户对外数据服务能力可进行配置,独立部署,形成独立运行的数据服务软件包,对客户提供数字化增值服务。

3.可视化-三维模型轻量化发布,相关方WEB页面按需调用

建立基于互联网的三维模型轻量化应用技术,兼容主流三维软件及三维地形模型,实现三维模型轻量化统一发布,多地应用,实现相关方WEB页面按需调用。可发布到设计门户、项目管理平台、分包商门户、供应商门户等。

通过三维设计工具的升级完善,GIS与三维模型的融合使用,实现全厂三维可视化。同时,构建三维模型质量管理控制体系,将轻量化三维模型平台与设计门户结合,实现三维模型审签、版本及状态管理。

4.虚拟化-规避风险,提高精度,精益设计、精确采购、精准施工

将模拟仿真平台与三维模型结合,利用数字化仿真技术、虚拟现实技术,模拟核电厂各类运行和事故工况下结构、工艺、控制系统的响应和处理,对正在进行的设计进行优化,对已完成的设计进行验证。这是数字化核电设计的延伸,不仅可以用于设计优化、验证,进度模拟、安装模拟;其成果还可以服务于核电厂运行事故应急预演和操作员培训,充分体现了数字核电设计在电厂运维中的应用。

模拟仿真平台主要功能包括源数据管理、三维模型可视化、模拟仿真数据模型库、模拟仿真场景分类管理等。

5.互联网化-互联互通,随时随地,高效协同

面向数字化设计,对总包与设计分包间如何更有效进行设计资源的统筹、更有效率的协作,进行再思考和再设计。打造总包设计、分包设计、供应商设备设计跨地域、跨单位的设计链。建立基于互联网的门户平台,实现设计总包方、设计分包方、设备供应商之间互联互通、随时随地、高效协同的数字化全球化设计协作。

四、推进建议

数字化是趋势,数字化转型势在必行。数字化核电厂建设是系统多谋善断、持久谜语,涉及管理模式转变、业务转型,工具数字化提升,一系列系统、平台规划和建设。

在未来,数字化设计在设计领域,能实现基于数字化的全球协作,在统一平台上互联互通、高效协同、多方协作;实现全厂三维设计能力,具备全厂三维交付能力;实现数字化设计管理能力,改变以前基于图纸的设计过程和设计成果管理模式;形成基于项目、堆型的设计过程和成果数据库;具备设计过程提资可视化、计算分析过程可视化、仿真验证模型化;实现对电厂设备安装、调试、运行的模拟能力。

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同时数字化设计可在采购、施工、调试、运维等领域产生如下效果:打造设计与采购数字化通道,打造设计、采购、供应商、分包方协作平台,实现精确采购;推进精准施工,通过三维模拟应用于施工、设备安装等方面;促进精益调试,调试用设计信息数字化、可视化;同样,数字化设计可为运行维护提供虚拟核电站,包含系统和设备设计参数、全厂三维模型、关键系统仿真模拟服务等。数字化设计将为核电站的设计、建造和运行全过程带来不可估量的影响。为此,提出以下推进建议。

标准体系建设先行。数字化核电厂数字核电标准体系建立,是整个数字核电的基础,涉及核电科研、设计、采购、施工、调试、运维、退役及各阶段间数据的移交,内容多、任务紧,须尽快制定。数字核电标准体系,包括数据存储、管理和应用的标准。存储标准分为分类标准、结构标准、交换标准、数据安全标准等,管理标准包括编码体系标准、质保体系标准、数据移交标准等,应用标准包括设计数据、眠花宿柳建设数据、运行数据、维护数据等在各个阶段的应用、分析体系。

为能力建设提供人力保障。数字化核电厂提出的数字化能力建设,涉及多个平台、系统,数字化设计能力建设任务繁重,需保障人力投入。建立一支管理、业务和信息化人员共同组成的稳定团队推动实施。

项目集管理及资金投入。数字化设计是数字化核电的最关键环节,涉及系统多、平台多、数据多、模型多、业务复杂,难度大,需要巨大的资金投入。要做好项目集管控,建立科学有序的项目优先级评估体系,稳步推进数字化设计。

关于幌鹤:

赤水幌鹤软件股份有限公司(以下简称“幌鹤”,股票代码:430311)是一家工业大数据可视化平台及解决方案提供商。公司致力于通过自主核心技术,基于设计、采购、施工和运维大数据,用创新手段联结空间(三维)、物(设备)与人,提供可视化的全生命周期资产管理与价值提升解决方案。

幌鹤通过十多年技术打磨和经验累积,创立“三位一体”产品和服务:

“1”个引擎全球领先的跨平台可视化引擎eZWalker,兼容流程工厂,离散工厂及建筑领域三十多种数据格式,满足多终端高度轻量化应用需求;

“2”个平台PIMCenter工厂可视化大数据管理平台/BIMCenter Cloud;

“3”个应用项目管理系统、云协同及移交系统、资产管理系统。

幌鹤是国家高新技术企业、中关村高新技术企业、《音乐厅建设标准化》理事会理事单位,ISO15926国内首家发起成员,CFIHOS组织成员单位,并通过了ISO9001、ISO14001、OHSAS18001等质量体系认证;荣获2016年度最佳数字化工厂服务商、2016年度“基础设施可视化资产管理最佳应用奖”;下属全资子公司四川幌鹤言听谋决设计有限公司具备石油天然气设计资质。 

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