在全球能源結(jié)構(gòu)加速轉(zhuǎn)型的背景下，核能作為清潔能源體系的重要支柱，正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)工業(yè)范式向數(shù)字化、智能化躍遷的深刻變革。
文/本刊記者 范珊珊
四川宜賓，岷江與金沙江在此匯流成浩浩長江，三水激蕩處的沖積平原上，中核建中核燃料元件有限公司（下稱“中核建中”）的智能廠房位居于此。岷江的渾黃與金沙江的清冽在此交融，形成涇渭分明的自然奇觀，廠區(qū)內(nèi)數(shù)條自動(dòng)化生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)流，正如同這三江之水，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上奔涌匯聚。
烏黑的柱狀二氧化鈾芯塊在自動(dòng)化生產(chǎn)線上泛著金屬光澤，這些經(jīng)化工轉(zhuǎn)化、壓制、燒結(jié)、磨削而成的芯塊，直徑僅0.8厘米、高約1.4厘米，卻蘊(yùn)含著驚人能量——單顆芯塊釋放的能量相當(dāng)于0.8噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒。這些芯塊通過智能設(shè)備有序排列，被精準(zhǔn)裝入3.8米長的包殼管中，再由端塞和彈簧將其定位，一根完整的燃料棒由此成型。拉棒機(jī)的牽引裝置將264根燃料棒逐排植入4米長的骨架中，最終制成了用于“華龍一號(hào)”機(jī)組的CF系列燃料元件。
與宜賓相隔2000公里的山東海陽，中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院下屬國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)中核控制系統(tǒng)工程有限公司（下稱“中核控制”）依托自有技術(shù)建成的DCS裝備“透明工廠”里，在核電站“超級(jí)大腦”的生產(chǎn)線上，70萬個(gè)元器件正通過自動(dòng)化產(chǎn)線快速組裝檢測，機(jī)械手臂精準(zhǔn)安裝元器件、工業(yè)機(jī)器人在廠區(qū)內(nèi)智能巡檢，并通過5G網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)專線與北京連接。
這兩個(gè)生產(chǎn)場景是中核集團(tuán)數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級(jí)的縮影。從核燃料元件到DCS系統(tǒng)，每一道生產(chǎn)工序的智能化躍遷，都是工業(yè)4.0在核能領(lǐng)域的典型實(shí)踐，更是我國核電產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的必然路徑。
在全球能源結(jié)構(gòu)加速轉(zhuǎn)型的背景下，核能作為清潔能源體系的重要支柱，正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)工業(yè)范式向數(shù)字化、智能化躍遷的深刻變革。作為我國核能行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，中核集團(tuán)通過系統(tǒng)性數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐，不僅重塑了自身核心競爭力，更為整個(gè)核能行業(yè)的智能化升級(jí)提供了極有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)和樣板。
從制造到“智”造
DCS系統(tǒng)，即分布式控制系統(tǒng)，在核電領(lǐng)域堪稱“中樞神經(jīng)”，掌控著核電廠數(shù)百個(gè)系統(tǒng)、近萬個(gè)設(shè)備的運(yùn)行及各類工況。作為中核集團(tuán)旗下唯一從事數(shù)字化儀控技術(shù)的專業(yè)化公司，中核控制自2013年創(chuàng)立起，便肩負(fù)著攻克核電站自主可控DCS系統(tǒng)的重任，毅然踏上自主研發(fā)的艱辛征程。
據(jù)中核控制產(chǎn)品研發(fā)負(fù)責(zé)人王冬介紹，安全級(jí)DCS是核電站安全運(yùn)行的“守護(hù)神”，能在各類工況下實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆安全控制；非安全級(jí)DCS則如同“超級(jí)大腦”，保障機(jī)組在運(yùn)行狀態(tài)下的自動(dòng)控制與監(jiān)控操作，是核電站高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要支撐。
此前很長一段時(shí)間內(nèi)，我國核電廠的DCS系統(tǒng)一直從外國廠商進(jìn)口。2019年，龍鰭®非安全級(jí)DCS系統(tǒng)通過測評(píng)，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵突破。
2023年8月，安全級(jí)DCS龍核®平臺(tái)通過國家核安全局審核。至此，中核集團(tuán)擁有兩個(gè)安全級(jí)DCS——龍鱗®、龍核®平臺(tái)。2024年3月，龍鰭®平臺(tái)在玲龍一號(hào)全球首堆示范工程實(shí)現(xiàn)首臺(tái)套應(yīng)用。
隨著國內(nèi)核電項(xiàng)目審批提速，中核集團(tuán)的DCS訂單源源不斷。而工程實(shí)施緊，工期短，且運(yùn)行維護(hù)難成為核電DCS行業(yè)面臨的新挑戰(zhàn)。對(duì)于中核控制而言，數(shù)字化轉(zhuǎn)型迫在眉睫。
在DCS傳統(tǒng)制造行業(yè)，存在人因失誤難以避免、制造成本難降低等發(fā)展瓶頸，而通過數(shù)字化工廠的建設(shè)，通過全流程數(shù)字化再造，相關(guān)問題得以改善：在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，智能平臺(tái)自動(dòng)處理上千張邏輯圖和裝配圖，將軟件工程設(shè)計(jì)效率提升50%，問題率降低20%；在測試環(huán)節(jié)，上萬份測試用例自動(dòng)測試技術(shù)讓執(zhí)行效率提升20%，確保100%設(shè)計(jì)審查和100%測試覆蓋，累計(jì)形成40萬頁可追溯的質(zhì)量記錄。
在亞洲最大的壓水堆核燃料元件制造基地，與中核控制一樣，也積極投身數(shù)智化轉(zhuǎn)型浪潮。
中核建中始建于1965年，見證了中國核電事業(yè)的發(fā)展和壯大。1990年，為秦山核電一期核電站提供300MW首爐燃料元件。之后掌握了法國引進(jìn)的AFA系列、俄羅斯引進(jìn)的VVER系列，以及我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“華龍一號(hào)”CF系列燃料元件制造技術(shù)。
中核建中從無到有、從小到大，具備全堆芯供貨能力。利用大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，中核建中自主投資打造數(shù)智化中心，并且積極打破信息“孤島”，實(shí)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品從生產(chǎn)端到用戶端的生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、質(zhì)量監(jiān)督、產(chǎn)品檢驗(yàn)放行全部實(shí)現(xiàn)信息化管控。
從“智”造到軟實(shí)力
在中核集團(tuán)內(nèi)部，數(shù)智化的升級(jí)不僅僅是從制造走向“智”造，更是綜合軟實(shí)力的提升。
中核控制黨委書記、董事長張帆表示，中核控制正在拓展產(chǎn)業(yè)發(fā)展新藍(lán)海。隨著華龍一號(hào)、玲龍一號(hào)等項(xiàng)目的DCS設(shè)備完成交付，中核控制的角色正悄然生變——從設(shè)備制造公司升級(jí)為核電站全生命周期服務(wù)專業(yè)化公司。這一轉(zhuǎn)型的核心引擎，正是依托自主DCS平臺(tái)構(gòu)建的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)“龍赑®”。
“龍赑®”取名自龍之六子，其負(fù)重馱碑形象恰似“數(shù)據(jù)底座+工業(yè)APP”。龍赑®平臺(tái)是國內(nèi)領(lǐng)先的服務(wù)于能源、化工等行業(yè)的工業(yè)數(shù)字化平臺(tái)，覆蓋工業(yè)控制、智能制造、運(yùn)維保障、智慧管理等多種專業(yè)需求，通過DCS應(yīng)用不斷提取共性能力并沉淀，營造“DCS+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的新生態(tài)，支持海量、異構(gòu)、多源工業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、匯聚、處理和分析，實(shí)現(xiàn)算力、算法、數(shù)據(jù)等資源的高效共享與服務(wù)。
龍赑®平臺(tái)以龍鰭®、龍核®平臺(tái)為基礎(chǔ)，集采集、處理、服務(wù)、展示于一體化的核電IoT系統(tǒng)。同時(shí)，也是以核工業(yè)屬性和能力為根本，融入超融合、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，以工業(yè)APP為展現(xiàn)形式的一體化平臺(tái)。它能夠與中核控制自身優(yōu)勢產(chǎn)品龍鰭®、龍核®無縫銜接，打造“DCS+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的新生態(tài)，具備承載各類工業(yè)APP的能力，未來可以用于大幅提升機(jī)組運(yùn)行可靠性。而中核控制也依托“DCS+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”雙輪驅(qū)動(dòng)，將裝備能力提升為覆蓋核工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化服務(wù)能力。
據(jù)中核建中總經(jīng)理、黨委副書記俞江介紹，為核電積極安全有序發(fā)展提供穩(wěn)定的核燃料供應(yīng)是中核建中的責(zé)任和使命，面對(duì)我國核電機(jī)組進(jìn)入密集投產(chǎn)期的現(xiàn)實(shí)需要，中核建中科學(xué)謀劃，按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施”的總體思路開展核燃料元件生產(chǎn)線數(shù)智建設(shè)，推動(dòng)新一代信息技術(shù)與核燃料元件生產(chǎn)制造深入融合發(fā)展。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為全球產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動(dòng)力，正深刻重塑傳統(tǒng)行業(yè)的競爭格局。
中核集團(tuán)作為中國核工業(yè)的核心力量，以“建設(shè)先進(jìn)核科技工業(yè)體系、打造世界一流核工業(yè)集團(tuán)”為目標(biāo)，從頂層設(shè)計(jì)構(gòu)建了數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化發(fā)展的系統(tǒng)性戰(zhàn)略框架；通過《AI+核能三年行動(dòng)方案》等專項(xiàng)規(guī)劃，明確了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的技術(shù)路徑與應(yīng)用場景。
毫無疑問，未來的核工業(yè)必然是數(shù)智化的核工業(yè)，唯有持續(xù)深化數(shù)字技術(shù)與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐的融合，才能筑牢國家核能戰(zhàn)略競爭優(yōu)勢。對(duì)于中核集團(tuán)而言，數(shù)智化轉(zhuǎn)型絕非單純的技術(shù)革新，更是一場涵蓋管理體系、組織文化與產(chǎn)業(yè)生態(tài)的系統(tǒng)性重構(gòu)。