工作研究丨核能行业数字化转型思考

2021-11-25 16:48  来源:中国核能行业协会    数字核电

核能行业数字化转型是一场转换意识、转变方法、转移路径、转化组织、转动体系的变革。可以结合管理和生产实践,以数字化转型总的目标和方向为指引,采用多种切实可行高效优质的方式进行。


前言

数字化转型是创新发展的必然趋势,是决胜未来的关键因素。当前,以人工智能、物联网、大数据、云计算、区块链、虚拟\增强现实、数字孪生、5G通信、北斗通信、工业互联网、系统仿真、超级计算等为代表的数字技术支撑的新一代信息技术蓬勃发展,正在深刻改变着我们的生产与生活方式,并对经济社会发展和人类文明进程产生深远影响。在世界最大市值前十名企业中,70%的巨无霸企业巨头是数字经济领域企业,全部企业都在加快数字化战略布局,积极打造数字化方面领先优势。

核能行业数字化转型发展与目标

2020年8月25日,国资委办公厅颁布《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》。2021年3月国资委科创局发布了2020年国有企业数字化转型典型案件。这些都开启了国有企业数字化转型的新篇章,都在积极引导国有企业在数字经济时代准确识变、科学应变、主动求变,都在促进国有企业数字化、网络化、智能化发展,都在推动数字经济和实体经济融合发展,以期更好地服务经济社会发展,决胜未来。

核工业是高科技战略产业,是国家安全重要基石。核能行业是保障国家安全、能源安全、环境安全的重要力量,肩负推动国防建设和经济社会发展的双重历史使命。目前,以中国核工业集团有限公司、中国广核集团有限公司、国家电力投资集团有限公司、中国华能集团有限公司4家央企集团为主体,以铀矿地质勘探、铀矿采冶、铀纯化转化、铀浓缩、元件制造、核电、乏燃料后处理、放射性废物处理处置等为主要业务,建立了完整、系统的核能行业体系。

数字化转型是内涵丰富动态发展的概念,不同场景下有多种理解。结合中央企业背景,本文认为核能行业数字化转型可以理解为:以价值创造为目的,用数字技术驱动业务变革的企业发展战略。数字化转型就是要运用数字技术体系支撑的新一代信息技术,推进要素配置效率提升,重构企业生态圈,提升企业竞争力。

核能行业数字化转型思路与方式

核能行业数字化转型是一场转换意识、转变方法、转移路径、转化组织、转动体系的变革。可以结合管理和生产实践,以数字化转型总的目标和方向为指引,采用多种切实可行高效优质的方式进行。

一、问题导向、需求牵引

数字化转型是解决现实问题的高效利器。当前,国际环境发生本质变化,我国核能主体企业,已经先后被美国列入“实体清单”,开始实行技术出口管制、技术限制与封锁。疫情影响也对国际交流和企业生产及管理带来诸多不利因素。核能行业在快速发展中也面临一些亟待解决的问题。以问题为导向,从分析问题入手,理清业务需求,然后通过数字化手段解决问题,是实现数字化转型最直观的效果。

不断提升核电运行的安全水平,是我们持之以恒的追求。核电机组是世界上最复杂的成套设备,百万千瓦级核电机组会拥有300多个系统,近10万台套装置部件,从建设初期选址、设计到建设、安装、调试、运行乃至延寿,加上退役处理。整体的生命周期超过100年。如此复杂、长寿命、安全运行要求等级极高的设备要保障安全运行,对运营单位提出巨大挑战。只有充分利用数字化技术对核电站的设计进行三维数字化建模协同仿真计算、用先进数字传感器对核电运行状态进行智能识别和态势感知、用大数据分析对运行状态进行分析和优化,才能极大提升核电本质安全水平,保障核电安全运行。

铀矿是核工业发展的重要物质基础,对铀资源的勘查、采冶、纯化、科研、仓储构成了完整产业链条。铀矿深埋地下,矿脉复杂,如何让宝贵的铀资源可知、可见、可测、安全、绿色、高效地可持续发展是行业的持续追求。智慧矿山是未来发展方向,运用大数据分析技术、虚拟现实技术、北斗通信技术,建立完整一体化地质数据、遥感数据、物探数据、水文数据、档案数据、三维模型数据、地理信息数据等综合大数据分析平台,完善钻孔数据采集、测井数据调用、地质编录等野外地质工作全流程的数据驱动的业务流程,实现三维数字化资源量估算、多维立体剖面编制、推进随钻测井、管线布局数字优化等功能是数字化转型的典型应用。

核燃料是核反应堆的动力之源,核燃料产业是反映一个国家核技术水平的重要标志,包含了核工业中最关键、最核心的技术,是战略性高科技产业的代表,几十年来为国防建设和经济建设做出了重要贡献。要“领跑”全球核燃料产业,实现自主创新技术突破,建设数字车间、数字工厂,数字核燃料体系,是实现跨越发展的必由之路。核燃料产业是具有流程型和离散型制造特征的综合性制造产业,智能化转型升级过程中,要充分应用云计算、大数据、物联网、工业互联网、移动互联网、人工智能、智能制造、VR等技术,实现AGV转运机器人智能调度、智能生产制造执行系统(MES)应用、工艺仿真优化、生产过程智能控制、生产状态信息实时监测为主综合性的智能制造体系。

二、战略导向、技术驱动

数字化转型是面向未来,探索发展方向的有效途径。数字化转型是企业总体战略的重要组成部分,具有战略与执行双重特征。

无人化战略。借助人工智能发展起来的无人技术如火如荼,已经在多个行业实现成熟应用。从无人机在能源电力行业的应用到战争应用都体现了无人技术的广阔应用前景;汽车自动驾驶(无人驾驶)已经在国内多个城市开展试点应用;国内汽车、家电制造业已经出现多个无人工厂、领先的物流企业已经建立了多个无人仓库。核能行业无人化(及少人化)也是未来发展战略方向,无人生产车间、无人执守电厂并非天方夜谭,借助人工智能、新一代无线通信、边缘计算等技术的发展,可以快速推进无人化战略的实现。

创新驱动战略。是要靠科技创新驱动,而不是传统的劳动力以及资源能源驱动。核能行业是高科技战略产业,科技创新是产业发展的重中之重。在近期的全球超级计算机排名中,中国的神威·太湖之光和天河2A超级计算机都进入前六名,超算技术在模拟核反应方面具有得天独厚的优势。在数字反应堆应用上,先进反应堆系统中多物理场耦合的本质是偏微分方程组的联立求解,运用人工智能机器学习中的深度神经网络技术,通过对傅立叶层的优化设置,可以在秒级求解复杂问题的偏微分方程。这些人工智能技术的深入应用不仅可以模拟粒子之间的相互作用,还可以预测一系列核反应堆的运行安全及特性。

三、系统工程、由上到下

数字化转型是解决大型系统工程的必然选择。核工业体系是一个十分庞大的系统工程,系统工程管理理论和方法在核工业全产业链应用是大势所趋。核能行业数字化转型本质是业务转型,是新一代信息技术驱动下的生产业务和管理模式的变革重构,是一项系统工程。数字化打破了传统企业的边界,行业已不只是某类产品属性的归集,行业之间、企业之间、企业和客户之间已形成以数据为载体的相互依赖,行业发展的维度不仅取决于自身,而且还取决于其所在的“生态体系”,整个体系建设必须依赖云计算、区块链、网络安全等技术实现系统工程体系。

坚持系统工程观念,要善于从整体上、全局上认识问题,加强顶层设计和整体布局,科学统筹全面协调,整体推动。强大的组织保障是顺利推进数字化转型的基础,核能行业要依照系统工程理论,构建数字化管理和控制体系,通过企业资源管理平台(ERP\MES\IPD\PLM等平台)协调管理部门和业务部门,统筹推进数字化转型实施。

四、颠覆创新、由点及面

数字化转型是构建持续竞争优势的动力引擎。核能行业创新发展的本质特征就是实现核科技高水平自立自强,实现原创性自主创新、颠覆性创新。新一代可控核聚变研究装置是世界科技发展前沿,应用数字化技术,可以推进核聚变领域的先进数据科学应用、机器学习推断、大规模非线性模拟神经网络代理模型及聚变装置关键部件寿命预测等科研业务与数据、数字化技术的深度结合。

核能行业将在第四代核电、先进核燃料及循环利用、小型堆技术和海洋核动力平台、空间核电源等方面大有作为。数字化反应堆技术、虚拟现实及增强现实技术、超级蒙特卡罗核领域模拟建模技术、基于系统工程的三维协同设计等先进数字化技术也会为相关应用带来颠覆性创新,实现技术引领。

(作者单位:中国核能行业协会 )



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