核電廠全壽期的集成化管理

隨著我國核電事業(yè)的迅速發(fā)展，核電建設與發(fā)展中的管理問題顯得日益重要。核電廠傳統(tǒng)的管理模式一般將核電廠設計、建造、生產運行以及設備管理和維修等過程及環(huán)節(jié)分開。其缺點是在核電廠全壽期中，各階段、部門、過程與環(huán)節(jié)之間缺乏足夠的信息交流與反饋，并不同程度地存在著“自動化孤島”與“信息孤島”，各階段的資源尤其是信息資源得不到充分地集成和利用，造成了較大的資源浪費。為解決核電廠傳統(tǒng)管理方法的不足，全面優(yōu)化核電廠的活動與資源管理，節(jié)約成本，提高效率，構建核電廠科學的管理體系是非常必要的。針對核電廠設計、建造以及生產的特點和核電廠的特殊性，本文以計算機與現代集成制造系統(tǒng)(cims)的“集成”思想和技術為基礎，提出核電廠全壽期集成化管理的新方法，并對核電廠實施全壽期集成化管理關鍵問題進行研究。

1、核電廠全壽期集成管理方法

核電廠的集成化管理以cims的“集成”思想和信息集成技術為基礎，并充分利用集成技術、信息技術、計算機技術、網絡技術、管理技術以及系統(tǒng)工程等技術，以系統(tǒng)和全局的觀點，從核電廠全壽期管理的角度出發(fā)，建立完善、高效而透明的信息獲取、傳輸、訪問、分析與管理機制，實現核電廠設計、建造以及運行與維修等不同階段中各種資源的優(yōu)化配置與管理，確保核電廠全壽期中各項工作高效、協(xié)調、經濟而有序地進行。

實施核電廠全壽期集成化管理的關鍵問題包括面向核電廠全壽期的信息集成、并行工程的實施、敏捷供需管理以及集成管理系統(tǒng)的開發(fā)等方面。

2、面向核電廠全壽期管理的信息集成

核電廠全壽期集成管理以信息集成為基礎，其首要工作是實現核電廠異構環(huán)境(heterogeneous environment)下的信息集成。為全面獲取與充分利用各種信息資源，從核電廠設計開始就要考慮核電廠全壽期的信息集成。

從宏觀上看，面向核電廠全壽期的信息集成主要包括兩個方面的內容：

(1) 核電廠全壽期中各階段信息集成；

(2) 核電廠全壽期中跨階段信息集成。

因為在面向核電廠全壽期的信息集成中，信息的獲取上存在著時間與空間上的差異，所以信息集成從總體上可以分階段進行，而前一階段的信息自動并入當前階段。面向核電廠全壽期的信息集成分為設計、建造、調試、運行以及維修等幾個階段，其總體方案如圖1所示。必要時可以對集成階段作適當的增加或調整。

在核電廠全壽期的不同階段中，信息的來源與獲取方式不同。在圖1所示的方案中，信息獲取采用以下方法：

(1) 各階段建立完善的信息獲取與傳輸機制，充分做好信息的收集、交流與反饋，以獲得本階段完整的核電廠信息。

(2) 每個階段除完整地獲取本階段和前期階段的信息外，要盡可能多地獲取后期階段的信息反饋。但是，在前期階段中，要獲取后期的信息反饋往往是比較困難的，因此，后期階段的信息主要來自于外部。

(3) 最大限度地獲取外部信息。外部信息是指國內外其它核電廠信息以及與本核電廠工作有關的各種信息資源。

在具體實施中，采用數據庫技術和工程數據管理技術(pdm)實現核電廠全壽期的信息集成。為實現數據共享、保證系統(tǒng)的一致性并為核電廠信息集成提供基礎，在cims環(huán)境下，必須對共享數據統(tǒng)一設計為共享信息的數據庫結構。數據庫系統(tǒng)采用分布式數據庫體系結構，系統(tǒng)中的數據分布在多個數據庫服務器上，在邏輯上構成一個整體。

為支持核電廠全壽期中的各種信息管理，實現核電廠異構與分布環(huán)境下的信息集成、功能集成和過程集成，在核電廠集成管理系統(tǒng)設計中充分利用pdm技術。以pdm為集成框架，實現pdm系統(tǒng)與cax/dfx工具以及與erp(enterprise resources planning)的應用集成，并利用pdm系統(tǒng)建立分布式企業(yè)間的信息集成。利用pdm的集成框架功能和協(xié)調控制功能，實現核電廠全壽期的信息管理，協(xié)調控制核電廠中工作流和各項工作進展。在全核電廠范圍內建立基于pdm的并行的協(xié)同工作環(huán)境，以便在并行的基礎上將集成思想應用到核電廠的設計、建造、調試以及運行和維修等各個環(huán)節(jié)。將核電廠的設計信息、建造信息和過程信息有機地集成起來，做到將正確的信息在正確的時間以正確的方式傳遞給正確的人，從而實現核電廠多部門、多學科領域專家群體協(xié)調工作。

3、核電廠建設與生產過程中的敏捷供需鏈管理

在核電廠的建設中，為適應國內、國際經濟形勢與市場的發(fā)展變化，必須合理地組織和有效地利用核電廠的資源，以最低的成本、最短的時間和最好的質量滿足核電廠建設與生產對物資的需求。實現這一目標的有效方法是充分利用敏捷供需鏈管理技術，構建核電廠敏捷供需鏈管理系統(tǒng)(agile supply chain management system，ascms)。

敏捷供需鏈管理系統(tǒng)是在競爭、合作、動態(tài)的環(huán)境中，由若干供應商(供方)、需方(即核電廠)等自主實體構成的快速相應環(huán)境變化的動態(tài)供需網絡系統(tǒng)。它是充分利用系統(tǒng)工程、計算機和信息技術等現代科學技術手段，建立在internet/intranet、分布對象和電子商務的基礎上的，用來協(xié)調敏捷供需鏈，以滿足核電廠不同時期、不同部門、不同環(huán)節(jié)與過程的物資需求。

核電廠的敏捷供需鏈管理建立在實體共享信息的基礎上，采用基于協(xié)調決策中心的供需管理模式，對系統(tǒng)中的物流、信息流和資金流進行有效的計劃、協(xié)調、調度與控制。基于協(xié)調決策中心的核電廠敏捷供需管理模式以核電廠為核心，包括部門需求、供應商、協(xié)調決策中心、分布式庫存等部分組成，如圖2所示。

4、核電廠設計建造過程的優(yōu)化管理

核電廠全壽期集成化管理的一個重要內容是實現核電廠設計與建造過程的優(yōu)化管理。傳統(tǒng)的設計方式是一個串行的開發(fā)過程，即前一個部門完成某個功能后將設計結果移交給下一個部門進行下一步的工作。其不足之處是不同的設計部門之間缺乏足夠的交流，每個部門僅考慮其局部的功能要求。在設計建造的早期階段不能很好地考慮后續(xù)部門要求和設計建造周期中的各種因素，而往往會導致后期工作的困難。在這種情況下，有時需要從頭開始修改設計。這不僅造成電廠設計建造周期的延長，而且會造成大量的人力、物力和資金的浪費。為解決串行設計的不足，1988年美國的r.i.winner提出了并行工程方法，解決了傳統(tǒng)的設計方式的不足，取得了顯著的經濟效益。

核電廠建設中并行工程的實施，在完成電廠協(xié)同工作環(huán)境的建設與電廠的信息集成的基礎上，可按照下述步驟進行。

(1) 由電廠設計籌備專家組對電廠設計進行需求分析，確定電廠設計項目，并制定相應的設計目標。

(2) 按照電廠功能系統(tǒng)的分類分別建立跨部門、多學科和多功能的電廠集成設計團隊（integrated design team-idt），實現核電廠人力資源的集成、優(yōu)化與協(xié)調。idt按照并行工程設計的要求進行工作與組織協(xié)調。工作方式既可以是一地協(xié)同設計，也可以是網絡環(huán)境支持下的異地協(xié)同設計，以減少電廠設計更改、錯誤和返工，實現設計的一次性成功。

(3) 對電廠的系統(tǒng)和設備進行數字化定義和信息建模。應用idef0、idef1x等工具，按照cims的思想定義電廠系統(tǒng)設計過程的功能模型，構造電廠各功能系統(tǒng)的數據流圖和全局信息模型。

(4) 多學科專家設計組對電廠系統(tǒng)進行數據收集、系統(tǒng)設計分析，改進電廠系統(tǒng)設計開發(fā)流程，將傳統(tǒng)的串行設計方式轉化為并行設計方式。通過對電廠系統(tǒng)設計過程的重組與流程的改進實現設計過程的集成與優(yōu)化。

(5) 應用cax、dfx等計算機輔助工具進行電廠功能系統(tǒng)與部件的概念設計、結構設計、詳細設計以及工藝過程等設計，實現核電廠系統(tǒng)的全數字化設計。在設計早期盡快發(fā)現下游的各種問題。應用質量保證與管理系統(tǒng)對電廠系統(tǒng)與設備的設計進行管理、控制和改進，利用pdm系統(tǒng)協(xié)調idt的工作和設計信息共享。

(6) 利用計算機仿真與虛擬現實等技術進行系統(tǒng)調試、驗證和系統(tǒng)預裝配，并將結果反饋到早期的設計過程和設計人員。

核電廠并行設計方案如圖3所示。并行工程方法不但可以應用于核電廠設計建造過程，而且可推廣應用于換料和設備維修等過程。

5、核電廠全壽期集成管理系統(tǒng)的體系結構

為充分考慮核電廠設計、建造與生產等不同階段的特點和全壽期管理需要，設計核電廠集成管理系統(tǒng)時，先將核電廠的所有工作按階段和性質分為不同的類型，然后在總集成系統(tǒng)下設計若干個分系統(tǒng)，每個分系統(tǒng)完成一種類型的管理工作。在基于cims的集成環(huán)境下，每個系統(tǒng)既相對獨立又相互聯(lián)系，通過全局信息共享系統(tǒng)實現信息共享。核電廠集成管理系統(tǒng)由以下幾個分系統(tǒng)組成。

(1) 基于internet/intranet的核電廠原型系統(tǒng)。

(2) 核電廠管理信息系統(tǒng)（mis）。該系統(tǒng)包括核電廠人事管理、erp以及核電廠經營決策支持系統(tǒng)等。

(3) cax/pdm集成系統(tǒng)。cax集成系統(tǒng)完成計算機輔助系統(tǒng)如cad、cae、caq、capp、cam以及dfx等工具的集成。

(4) 核電廠設計管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)完成整個核電廠設計工作的管理，由設計信息管理系統(tǒng)、設計過程管理系統(tǒng)、設計進度管理系統(tǒng)以及設計試驗驗證管理等子系統(tǒng)組成。針對核電廠總體設計、系統(tǒng)設計、設備設計與工程設計等實際設計過程，以cims為基礎，支持核電廠并行設計方案。

(5) 核電廠建造管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)完成核電廠建造工作的管理，對核電廠建造中各項工作和各項工程從計劃、設計、工程進展、合同管理以及工程驗收等多個方面實施管理，協(xié)調核電廠的工作流和工程進度，提高工程質量和效率。

(6) 核電廠調試管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對核電廠的調試從準備到具體實施進行全面管理。包括調試組織管理，核電廠從建造到調試的交接管理，調試人員管理，調試計劃、方案與大綱管理，調試物資器材供應與設施保障管理，以及調試信息管理（包括設備調試信息、系統(tǒng)調試信息以及整個核電廠調試信息的管理）等子系統(tǒng)組成。

(7) 核電廠生產管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)完成核電廠日常生產運行的管理工作，確保核電廠正常、經濟地運行。包括核電廠的運行監(jiān)督與管理、核電廠生產的控制與協(xié)調、核電廠運營決策以及核電廠運行狀態(tài)的監(jiān)測與故障診斷等。

(8) 核電廠在役檢查與設備管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對核電廠設備從全壽期的角度對其進行管理。

(9) 敏捷供需鏈管理系統(tǒng)。

(10) 質量保證系統(tǒng)（qas）。該系統(tǒng)通過高效、完善的質量保證與信息反饋機制，對核電廠全壽期中各項工作實施質量管理。

(11) 資金管理系統(tǒng)（fms），由2個子系統(tǒng)組成：①財務管理子系統(tǒng)，根據財務管理制度建立完善、規(guī)范的財務管理與賬務處理體系，實現財務管理的標準化、規(guī)范化和自動化，提高財務管理的效率；②資金分析子系統(tǒng)，在該子系統(tǒng)中，采用多種分析方法，建立完善的資金分析體系，定期對核電廠的資金使用情況進行分析和總結，并提供資金使用分析報告，為決策層對資金使用決策提供依據，以實現核電廠資金資源的優(yōu)化和充分利用。

此外，還包括換料管理系統(tǒng)、行政管理系統(tǒng)、退役管理系統(tǒng)以及系統(tǒng)維護等部分。

核電廠集成管理系統(tǒng)的體系結構如圖4所示。需要指出的是，該系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，可以根據核電廠管理的需要進行修改和擴充。

整個系統(tǒng)可利用cims應用集成平臺環(huán)境中開發(fā)設計，并可通過網絡系統(tǒng)與其它應用系統(tǒng)進行信息交流。

對核電廠實施全壽期的集成化管理，不僅為構建核電廠科學的管理體系提供了一個新思路，而且可以充分優(yōu)化核電廠的人力、物力和信息資源，縮短核電廠的設計、建造周期，節(jié)約成本，提高核電廠的工作效率和經濟效益。