核電廠數(shù)字化檢維修管理平臺設(shè)計與實踐

朱志強，王曉儒

（中核檢修有限公司，上海 201100）

0 引言

核電廠的維護主要包括日常維修和大修，大修的工作集中、時間短、強度高，對維修承包單位、維修技術(shù)與技能人員要求高。影響核電站維修工作質(zhì)量的關(guān)鍵因素包括：維修管理、維修技術(shù)和具備相應(yīng)技能的人員。維修人員技能通過技能評定來判斷，核電廠維修承包單位必須做好維修技術(shù)有效管理，才能保持高質(zhì)量發(fā)展，才能保障核電運維安全。

由于核電廠核島區(qū)域具有放射性的特點，運行情況下不允許人員進入，主要通過維修技術(shù)規(guī)程和圖紙進行設(shè)備維修技術(shù)固化，核電廠運營單位通過文件信息化管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理。維修單位主要通過技術(shù)規(guī)程、具有豐富經(jīng)驗的技術(shù)人員以及專用裝備來實現(xiàn)維修技術(shù)管理和傳承，但必須保證專業(yè)技術(shù)人員有序傳承。核電廠核島有著大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜的核級設(shè)備，在面對多核電廠維修管理或經(jīng)驗豐富技術(shù)人員流失時，僅憑圖紙和技術(shù)規(guī)程難以實現(xiàn)維修技術(shù)有效管理和應(yīng)用。根據(jù)圖紙和技術(shù)規(guī)程進行維修技術(shù)、技能人員培育時，對人員的專業(yè)知識和素質(zhì)有著很高的要求，培育的速度和質(zhì)量不能滿足公司高質(zhì)量發(fā)展的需求。

結(jié)合社會技術(shù)的進步，運用三維數(shù)字化方法結(jié)合信息化工具，建立基于模型的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化檢維修管理平臺，能夠有效解決多核電廠維修企業(yè)的技術(shù)管理，進行技術(shù)固化、傳承及應(yīng)用，顯著提升企業(yè)技術(shù)管理水平，發(fā)揮技術(shù)的價值。

1 多個核電廠維修技術(shù)管理的特點和需求

企業(yè)進行多電廠檢修技術(shù)管理，主要包括基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)管理、技術(shù)固化、技術(shù)進步和技術(shù)應(yīng)用，主要解決將技術(shù)人員正確經(jīng)驗和技術(shù)規(guī)程融合固化下來，將隱形技術(shù)顯性化，且維修工藝具備清晰、易于理解、開放和管理的特點，供多基地人員共同使用。

結(jié)合核電廠設(shè)備維修作業(yè)的特點，維修技術(shù)管理按設(shè)備分類管理。在技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理上，完善設(shè)備基本信息，包括系統(tǒng)、代碼、型號、材質(zhì)等，其中維修作業(yè)涉及的部件、接口部分信息精準；在技術(shù)固化上，主要利用三維仿真將設(shè)備維修技術(shù)可視化，將人員經(jīng)驗和技術(shù)規(guī)程固化；在技術(shù)進步上，要求設(shè)備基本信息和維修技術(shù)具備快速調(diào)整、更新功能；在技術(shù)應(yīng)用上，一方面實現(xiàn)方案預(yù)演及分析功能，另一方面提高人員培育速度和質(zhì)量。在多基地應(yīng)用管理上，主要運用信息化工具開發(fā)實現(xiàn)。

為實現(xiàn)多個核電廠維修技術(shù)的有效管理，開發(fā)數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺，融合信息化和三維數(shù)字化，進行維修技術(shù)管理及應(yīng)用。

2 數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺設(shè)計

數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺設(shè)計首先需要解決架構(gòu)、功能模塊及與三維數(shù)字化成果融合的問題。

2.1 數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺的基礎(chǔ)設(shè)計

數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺采用BS 架構(gòu)，服務(wù)器部署，數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理，授權(quán)賬號進行多基地應(yīng)用管理。根據(jù)核電廠設(shè)備維修作業(yè)需要以設(shè)備為單位，進行設(shè)備編號、型號、材質(zhì)、廠家等維修基礎(chǔ)信息關(guān)聯(lián)管理。

經(jīng)過調(diào)研、分析，結(jié)合三維數(shù)字化開發(fā)經(jīng)驗，采用輸入兼容性、維修數(shù)據(jù)管理、維修工藝展示、設(shè)備模型更新及升級、維修工藝改進、維修技術(shù)培訓有獨特優(yōu)勢的Composer 軟件，實現(xiàn)與數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺的融合。

平臺可實現(xiàn)檢修服務(wù)管理互動式3D 體驗，進行數(shù)據(jù)管理和操作，在平臺界面窗口中具備三維互動展示操作，互動式三維動畫，并可按需輸出高分辨率圖像和文檔。

2.2 數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺模塊設(shè)計

數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺以設(shè)備為單元，開發(fā)數(shù)據(jù)管理、動態(tài)管理、工藝及培訓管理和考試管理四大模塊。具備基礎(chǔ)單元編輯、修改、多賬戶授權(quán)、網(wǎng)頁登陸、自動備份功能等。根據(jù)實踐不斷補充、完善平臺數(shù)據(jù)庫，并隨時實現(xiàn)人員復(fù)訓。

數(shù)據(jù)管理模塊采用設(shè)備模型樹結(jié)構(gòu)進行管理和導航，實現(xiàn)基于模型3D 可視化操作（包括360°視角查看、剖切、測量、隱藏、透視等），并關(guān)聯(lián)核設(shè)施規(guī)格、材料、歷次維修信息、零部件信息、設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化以及其他定義的屬性信息管理。

動態(tài)管理模塊實現(xiàn)4D 動態(tài)結(jié)果展示管理，增配實際工期計劃表實現(xiàn)多維度仿真展示，以實現(xiàn)在各基地的應(yīng)用。開發(fā)文件在Delmia 軟件中單獨管理。

工藝及培訓管理模塊實現(xiàn)引導交互培訓操作管理。3D 工藝規(guī)程和交互式培訓具備脈沖閃爍引導交互式培訓操作，實現(xiàn)透明、剖切、測量、3D 仿真展示、顯示/隱藏等交互式操作，直觀生動的展示設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)拆除、解體檢修、清潔檢查、檢修回裝、測試等工作內(nèi)容，將隱形技術(shù)顯性化、標準化。人員通過登錄授權(quán)可進行技術(shù)復(fù)訓，特別是在技術(shù)、開工準備階段應(yīng)用效果顯著。

考試管理模塊為通用的計算機登錄考核方式。建立與培訓內(nèi)容相匹配的題庫，系統(tǒng)隨機抽題考核，檢查培訓應(yīng)用質(zhì)量。

3 數(shù)字化檢維修管理平臺的技術(shù)數(shù)據(jù)開發(fā)及管理

3.1 數(shù)字化檢維修管理平臺基礎(chǔ)模型開發(fā)及管理

根據(jù)核電廠不同設(shè)備檢修作業(yè)需要，設(shè)備模型及仿真開發(fā)和應(yīng)用需求，采用正向、逆向、仿形不同的方法完成建模，加強數(shù)據(jù)輸入文件的審核，模型開發(fā)后的尺寸核查，保證數(shù)據(jù)模型和仿真應(yīng)用的可靠性。在模型輸入圖紙等資料滿足建模要求時，采用正向建模，模型顆粒度應(yīng)滿足使用需求。在輸入資料不充足時，模型顆粒要求不高時，將圖紙調(diào)整為1：1 仿形建模。在輸入資料不足，模型顆粒度要求較高時，采用逆向建模，采集的點云進行逆向建模，滿足需求。

3.2 數(shù)字化檢維修平臺維修工藝固化開發(fā)及管理

核電廠維修工藝固化的核心要素是準確和易于理解，主要解決兩個問題：一是維修工藝的準確性；二是維修工藝固化的展現(xiàn)形式。本項目將執(zhí)行生效的文字規(guī)程和工作負責人的經(jīng)驗結(jié)合，總結(jié)形成圖、文、視頻類準確的輸入資料。使用Composer 軟件進行數(shù)字化規(guī)程開發(fā)，輸出無任何限制具備模型3D 操作的仿真，實現(xiàn)工藝固化。組織核電廠維修工藝相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜壹肮ぷ髫撠熑私Y(jié)合文字規(guī)程，對仿真成果進行審查驗收，確保數(shù)字化檢修規(guī)程準確、有效。

3.3 數(shù)字化檢維修管理平臺方案預(yù)演開發(fā)及管理

針對重大維修及改造項目，根據(jù)擬定的改造工藝，應(yīng)用Delmia 軟件開發(fā)，每個設(shè)備的每項作業(yè)建立獨立的作業(yè)動作，增加工藝計劃工期，繼續(xù)干涉分析和工藝仿真視頻查看完成工藝優(yōu)化，記錄工藝過程風險點并制定應(yīng)對措施，實現(xiàn)重大方案的預(yù)演。

3.4 數(shù)字化檢維修管理平臺交互培訓開發(fā)及管理

本項目采用Composer 軟件，在數(shù)字化檢修規(guī)程的基礎(chǔ)上二次開發(fā)，創(chuàng)建交互導航窗口，快速半剖、全剖和BOM 爆炸，幫助學員快速掌握設(shè)備結(jié)構(gòu)及特點；開發(fā)脈沖式高亮閃爍引導交互式培訓，學員根據(jù)提示選擇正確零件/工具，逐步完成培訓，同時過程中可暫停進行隱藏、透明、剖切、測量等操作。通過組織相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜液凸ぷ髫撠熑藢彶?，保證培訓教材準確。通過學員交互操作加深學員對零部件和維修操作的認識，通過無提示的交互檢修考核完成作業(yè)測試，培訓效果明顯提升。

4 數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺應(yīng)用

本項目開發(fā)的數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺，已在分公司進行推廣應(yīng)用，各基地通過網(wǎng)站登錄，學員可在相對安全的環(huán)境中、相對自由的時間里進行學習、復(fù)訓及強化，實現(xiàn)技術(shù)固化及應(yīng)用，效果極佳。以培訓為例，通過本平臺應(yīng)用，參訓人員培訓考核平均分提高5～10 分，培訓一次合格率提升至95%。

5 結(jié)束語

通過平臺建設(shè)質(zhì)量管控和應(yīng)用，以可操作3D 模型進行核電廠設(shè)備管理，以可交互操作仿真將維修技術(shù)固化，以交互式培訓教材實現(xiàn)交互培訓及考核，完成核電廠維修技術(shù)固化和應(yīng)用，不斷開發(fā)擴充數(shù)據(jù)庫。建立方案預(yù)演能力，實現(xiàn)重大維修或改造項目預(yù)演，有效優(yōu)化項目工藝，降低項目風險，有效管控風險，實現(xiàn)技術(shù)能力的高質(zhì)量管理和提升。

通過核電廠數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺開發(fā)及應(yīng)用，發(fā)揮公司最優(yōu)資源，實現(xiàn)技術(shù)固化，提升企業(yè)技術(shù)管理有效性，改變分公司技術(shù)人員技術(shù)準備、技術(shù)方案預(yù)演、人員培訓及復(fù)訓工作方式，提高技術(shù)人員技術(shù)準備效率和質(zhì)量，提升技術(shù)方案預(yù)演能力，大大提升人員培訓質(zhì)量，達到按需進行技術(shù)復(fù)訓和強化，實現(xiàn)技術(shù)固化和傳承，實現(xiàn)多電廠維修技術(shù)的固化、管理及應(yīng)用，為企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供支撐。

通過核電廠數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺，建立技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)基于3D 模型的維修技術(shù)數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用，在現(xiàn)有維修數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)核電廠維修技術(shù)管理的突破和進步，實現(xiàn)核電廠維修企業(yè)的多電廠維修技術(shù)的有效管理，為保障核電廠的維修質(zhì)量提供了積極作用。

通過進行多基地維修技術(shù)固化、應(yīng)用的有效管理的探索和實踐，實現(xiàn)技術(shù)標準化工作、培訓工作的改變和提升，實現(xiàn)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展并發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，為多基地維修技術(shù)管理和培訓管理提供思路和路線，為企業(yè)多基地技術(shù)管理提供借鑒，為基于3D 模型的數(shù)字化技術(shù)發(fā)展做出貢獻。

核電廠數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺是基于3D 模型的數(shù)據(jù)管理平臺，還有進一步提升的空間。進一步開發(fā)核電廠數(shù)字化檢維修技術(shù)管理平臺的移動端，提升平臺應(yīng)用廣度和頻率。針對核電廠核島環(huán)境與一般的環(huán)境差異較大，管理和安全要求極高，可以采用VR 技術(shù)實現(xiàn)沉浸式維修和受限空間作業(yè)的體驗，進一步強化、提升關(guān)鍵設(shè)備維修的培訓效果。