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智能化爲核注入新動能

2019年6月6日上午,工信部向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放5G商用牌照。5G被視爲引領科技創新、實現産業升級、發展新經濟的基礎性平台。該牌照的發放,標志著我國正式進入5G時代,也意味著工業互聯網的發展、産業的智能化升級開始加速。

在核言核。自1942年“芝加哥一號堆”開啓人類和平利用核能的紀元,至今不過70余年,核能卻已在一些國家顯現出發展“疲態”,對安全的擔憂和巨大的建設成本等不容忽視。通過轉型升級,在保障安全運營的同時提高全要素生産率,提升産業競爭力,對核工業而言迫在眉睫,而數字化、智能化是轉型升級的必由之路。

據了解,中核集團將“數字核工業”作爲“十三五”重點戰略任務,且以研發設計數字化、裝備制造智能化、經營管理現代化爲“數字核工業”建設的核心目標,最新又明確提出到2030年要初步建成智慧核工業的目標。

不過作爲資産價值高、技術集成度也高的“重型”産業,又因保密、安全等而具較爲封閉的傳統,核工業的騰挪變身並非易事。自2015年至今,我國核工業在ERP(企業資源計劃)、數字核電、核燃料智能生産、機器人與智能裝備、數字鈾礦山等領域全面展開探索,取得了一些成果。但是從重構企業發展戰略、開拓新的經濟增長模式的層面看,目前尚未交出令人滿意的答卷。

    核電爲主的賽道

數字化和智能化的前身是自動化、信息化。在信息化浪潮中,ERP是必須面對的一項基礎工作,而國內各大核企步伐不一。官網顯示,2016年,中核集團初步實現了商網互聯互通;基本實現了財務數據全集團的彙集,人力資源管理信息化覆蓋集團主要成員單位,數據標准化工作業已完成,並開始謀劃集團公司數據中心建設;ERP工作在核電板塊試點成功的基礎上,進一步擴展試點範圍。根據來自2012年度中央企業信息化工作會議的報道,“十一五”期間中廣核集團已建成以ERP爲核心的信息系統。

核電是核工業中“最好的資産”,核電領域的數字化及智能化起步早、投入多。核電要實現智能發電,離不開智能化控制技術、智能控制儀表的裝備研發,乃至移動互聯網、人工智能、大數據、超級計算、傳感器等新理論新技術的應用。

國務院發布于2017年的《新一代人工智能發展規劃》裏,專門提及要發展支撐核電安全運營的智能保障平台。2018年,國家發改委、國家能源局、生態環境部、國防科工局聯合發布了《關于進一步加強核電運行安全管理的指導意見》,明確要求“推進信息化、智能化、大數據等新技術在核電運行安全管理中的應用”。

智能核電站的研究成爲近年來世界各國提高核電站設計和建造效率的重要手段和方向,國內各涉核集團也都已全面啓動數字核電、智慧核電建設。2014年,中廣核工程有限公司提出“智能電站”項目總體技術方案,並通過中國核能行業協會的評審。根據技術方案,該項目將按照統一業務流程、協同設計、智能建造、項目管理、仿真推演、知識工程、信息構架及數據中心等七個專項協同推進,旨在建成涵蓋核電設計、建造全生命周期的數字電站。

針對“華龍一號”核電工程設計、試驗、建造、運行及退役等環節,中核集團成立了數字核電建設專項工作組,由中國核電工程有限公司牽頭,中國核能電力股份有限公司、中國核動力研究設計院等單位參加。目標是“十三五”末“華龍一號”首堆要實現工程側向運營側的數字化移交,全面支撐“華龍一號”首堆的數字化運營。同樣針對“華龍一號”,今年1月,中廣核集團在防城港核電基地舉行了智能核電數字化移交研究項目啓動會,會上簽署了《“華龍一號”示範項目數字化移交協議》,計劃依托防城港核電二期項目實現核電數字化移交。

在核電設備管理方面,2018年11月,中國核能電力股份有限公司對外發布設備可靠性管理系統ERDB。截至2018年,中國核電旗下21台機組全部投用了ERDB系統,涉及到管理的設備有167萬多台,通過9萬多個數據測點,爲1097個系統進行評價。“站在新的起點放眼未來,核電廠將向著數字化、智能化發展。ERDB系統是傳統工業與先進的大數據、互聯網、人工智能的充分結合。”發布方如此表示。

除了核電站,研究堆領域也有進展,中國原子能科學研究院在2016年7月發布了數字微堆系統。數字微堆屬于數字反應堆的一種,構建了一個虛擬數字反應堆集成開發環境,對安裝、首次臨界、運行、應用、退役和安全等進行全方位的模擬仿真。據介紹,采用數字微堆系統後,新設計和建造一個微堆將顯著縮短建設周期,節省建設投資,並可爲用戶提供數字化運行和維修的培訓和教學系統。

2019年5月26日,工信部“十佳大數據案例”評選結果揭曉,中國核動力研究設計院研發的反應堆遠程智能診斷平台——PRID入選其中。PRID依托故障診斷方向的專家資源,使用自主開發的智能診斷分析算法,准確、及時地對關鍵設備進行智能診斷分析,提出運維策略,開創了信息化、一體化、智能化的核電關鍵設備運維新模式。“PRID反應堆遠程智能診斷平台,是人工智能技術在核電行業的落地和發展。”核動力院黨委書記周定文如是說。

對于數字化核燃料産業,據了解中核集團主要從三方面推進:專用設備的智能制造平台建設、鈾濃縮工程協同設計與運行仿真平台建設、核燃料元件車間智能化制造系統建設。例如,中核建中核燃料元件有限公司依托多次技術改革,一再提升核燃料生産線的自動化、信息化水平,如今實現了産品全過程的自動化加工及物料的自動化轉運,以及産品全過程的信息數據跟蹤和管控,雖然與工業4.0所提倡的智能制造還有一定差距,但已爲全面打造燃料元件數字化車間打下了基礎。

在數字鈾礦山方面,天山鈾業是目前中國産能最大、技術最先進、數字化程度最高的天然鈾生産基地。“在天山鈾業辦公室,我們就可以24小時收集、監控井場、水冶廠的所有信息。而與數字化信息相連的另一端,則是無人值守的井場集控室和高度自動化的水冶生産。”中核第四研究設計工程有限公司的副總工程師倪玉輝說。據她介紹,中國鈾業一直在致力完善綠色礦山標准化建設,而其中最重要的內容就是建設數字地浸鈾礦山。

作爲未來科技發展的制高點,機器人與智能裝備也是核工業智能化的重要方向。繼核電智能裝備與機器人技術創新聯盟之後,從核電領域拓展至核工業全産業鏈的核工業機器人與智能裝備協同創新聯盟也于2018年年底成立。聯盟既覆蓋業內的核電、核燃料、核應急機器人研發及應用的實踐,也包括機器人方面的高新企業在全産品供應鏈中的實踐、民營企業在核電站強輻射機器人以及核設施退役機器人的研發與實踐。

   下一步怎麽走?

和互聯網一樣,5G、人工智能、大數據、雲計算等不是單一的技術或産業,而是可以作爲基礎能力被廣泛應用,促進形成新的産業推動力和新的經濟增長點,促進産業的高質量發展。而且可以不斷提高生産效率,甚至爲産業帶來顛覆性的變革。

事實上,智能化對能源系統的沖擊已來——電力工程已成爲中國人工智能專利布局的重要領域,人工智能技術能協助對多個來源産生的能源輸出進行管理,將可再生能源的自然間歇性破壞降到最低。“分布式”能源依靠人工智能的調節達到整體輸出的穩定性,利好太陽能、風能等新能源。是挑戰更是機遇。核工業能否將先進的信息技術與自身深化改革結合起來,獲得新動能?

在6月20日的“2019國資論壇——國有企業信息技術創新與應用研討會”上,中國信息通信研究院副總工程師王愛華談到,當前我國工業互聯網的應用探索的方向中,“補課”、提升與模式創新並舉。中鋼集團信息管理部總經理李紅的說法與之接近:“我國企業普遍處于(工業)2.0‘補課’、3.0普及和4.0示範的階段。” 在核工業企業中,也呈現“兩化融合”水平良莠不齊、整體信息化水平不高的現狀。部分企業雖然號稱“數字化轉型”,但沒有清晰的轉型思路,具體實施還是因循舊制;或者對數字化本身認識不足,不夠敏感,缺乏變革動力;企業的CIO缺位,或者沒有存在感等。

“對智能化的認知,不能停留在建系統、做支撐的傳統信息化階段,不能爲智能化而智能化。”實現聯網工作、“無紙化”辦公當然是信息化、數字化的一個步驟,對于效率提升的影響也可能不容小觑,但這僅是表層。智能化工作在推進過程中需要將先進的信息技術手段同企業發展戰略、主營業務和經營管理進行結合,從支撐轉變到引領。一方面以業務驅動的方式,緊緊圍繞核心業務和價值最大的業務領域開展智能化工作;另一方面認識到數據資源日益成爲重要生産要素、無形資産和企業財富,通過數據驅動,優化或創新業務模式。前面提到的核電數字化交付,其實就是數字化産品和服務的一例。

基于數據基理的協同設計和仿真驗證,已經成爲各類複雜工程的一致選擇。據了解,航天科工對火箭發動機進行多專業協同設計與仿真論證,設計效率相比之前提升了14倍。協同設計的內涵不僅僅包括跨地域、跨專業等,也包括對流程的橫向打通,從設計之初就考慮到接下來的驗證,也考慮到再往後的施工建造等環節。

“核電小堆要提升效益,設計從一開始一直到使用、運維乃至最終退役,都要考慮在內,實現全生命周期端到端的設計。另外,目前大型核電站一般都是在海上或者當地的現場去建造,而小堆可以模塊化,更多地在工廠裏的流水線上制造,從而利用智能生産降低成本。”達索系統能源、流程與公共事業行業副總裁Thomas Grand在2019年達索系統3D體驗高峰論壇上接受采訪時說。

他同時談到,很多關系到安全的重要設備,不是主動的而是被動的一些設備,如管道、除塵器等,保證其安全性的最佳辦法還是通過對材料的仿真——現在甚至可以仿真到分子和原子層面的變化,來預期它的壽命及安全性等。“做好仿真後,可以更加有計劃性地開展維修,使得維修不會打擾正常的運維生産,而且每次都有針對性地把問題解決。”

與核工業類似,針對連續生産、安全環保要求高等特點,不管是以“數字孿生”爲核心的智能工廠建設,還是以數據可視化爲核心的風險管控系統,在鋼鐵、石化、能源電力等行業的很多企業中已經得到應用。此外在依托系統集成的供應鏈優化管理、以數據模型分析爲核心的設備健康管理等方面,也有一些其他行業的成功案例或可借鑒。例如空客集團整合衆多上遊供貨廠商,基于自動標識與數據分析,實現零部件高效管理與采購,供應鏈成本減少了20%。

近日,中核集團宣布其人工智能與核科技産業融合戰略規劃項目正式啓動,高調推進人工智能與核科技産業的融合應用。據了解,中核集團計劃從整個核産業鏈出發,探索人工智能融合應用的需求和場景。通過打造智能化鈾資源勘探和開采,智能化核燃料生産制造,智能化核裝備制造和智能化工廠管理,智能化核電設計、建造和運營,同時研究人工智能在核環保、核動力等領域的融合應用,推動人工智能在全産業鏈的深度融合、創新應用和轉型驅動,從而推動核工業産業優化升級、生産力整體躍升。

正如國務院國資委綜合局副局長袁雷峰在國有企業信息技術創新與應用研討會上指出的那樣,“數字化、智能化是趨勢,趨勢就是早晚會到來的,要主動迎上它。”