基于參數(shù)化的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用研究

王學松 楊紅義 丁光亮 劉天才

摘? 要：基于參數(shù)化的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)以建立完整、規(guī)范的反應(yīng)堆標準設(shè)計體系為目標，囊括了總體、堆芯、結(jié)構(gòu)、力學等專業(yè)，對不同堆型設(shè)計流程進行標準化、規(guī)范化、智能化，以參數(shù)驅(qū)動流程，解決反應(yīng)堆工程設(shè)計過程中專業(yè)內(nèi)部、專業(yè)之間以及不同設(shè)計層面上的協(xié)同與管理;實現(xiàn)設(shè)計方法、工具、數(shù)據(jù)的集成化、模板化應(yīng)用;實現(xiàn)設(shè)計過程中信息資源共享、知識積累與重用，為類似型號設(shè)計提供經(jīng)驗借鑒，從而全面提升反應(yīng)堆工程設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計效率。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化? 協(xié)同設(shè)計? 標準化? 規(guī)范化 智能化

中圖分類號：TL37? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（b）-0058-05

Abstract： Based on parametric Reactor Engineering Collaborative Design System to establish acomplete， standardized reactor standard design system as goal， includes general， core， structure， mechanics and other professional. The design process of different reactors is standardized， normalized and intelligentized to driveprocess parameters， to solve the coordination and management within， among and at different design levels in the reactor engineering design process. The application are realized for the integration and template of designmethods， tools and data. Information resource sharing， knowledge accumulation and reuse are realized in the design process to provide experience for similar type design， so as to comprehensively improve the quality and efficiency of reactor engineering design.

Key Words： Parameterized;Collaborative design;Standardization; Normalization;Intelligence

反應(yīng)堆工程設(shè)計涉及專業(yè)眾多，各個專業(yè)的設(shè)計方法和設(shè)計重點不同[1]，許多關(guān)鍵參數(shù)和性能指標往往需要多學科、多專業(yè)之間開展多輪迭代設(shè)計，設(shè)計過程需要多學科、多系統(tǒng)的設(shè)計人員共同參與，設(shè)計開發(fā)一個新的核反應(yīng)堆通常是一個漫長、耗費巨大的過程[2]。目前，中國反應(yīng)堆研發(fā)設(shè)計正在向“批量化建造的設(shè)計能力，形成品牌”的方向轉(zhuǎn)型[3]，但是在反應(yīng)堆工程設(shè)計過程中，計劃調(diào)整頻繁、任務(wù)密集、參與人員眾多、組織協(xié)調(diào)機制復雜等現(xiàn)象，造成人員溝通不暢、信息反饋零散滯后、知識重用率低、進度難以保障等問題。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，原子能院設(shè)計信息化水平不斷提升，建立了以參數(shù)驅(qū)動設(shè)計流程的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，對反應(yīng)堆設(shè)計流程進行規(guī)范化和標準化，確保各種設(shè)計活動按照規(guī)范的流程開展，實現(xiàn)基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的全專業(yè)的協(xié)同設(shè)計和協(xié)同管理[4]，提升產(chǎn)品的設(shè)計效率和質(zhì)量，縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期[5]，解決了上述問題。本文分析了反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)功能架構(gòu)，闡述了系統(tǒng)的設(shè)計思路和應(yīng)用場景。

1? 反應(yīng)堆協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

反應(yīng)堆工程設(shè)計涉及多個專業(yè)，專業(yè)間耦合關(guān)系較為復雜，要實現(xiàn)真正意義上的協(xié)同設(shè)計，必須根據(jù)反應(yīng)堆工程設(shè)計的業(yè)務(wù)特點及當前的研發(fā)條件，構(gòu)建面向產(chǎn)品研發(fā)過程的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，規(guī)范反應(yīng)堆工程研發(fā)設(shè)計流程，確保研發(fā)過程中的各種數(shù)據(jù)按照規(guī)范的格式產(chǎn)生、流轉(zhuǎn)、存儲，形成產(chǎn)品研發(fā)質(zhì)量控制的數(shù)字化手段，其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）任務(wù)流程一體化管理模塊。

以任務(wù)為核心，將反應(yīng)堆工程設(shè)計過程流程化、數(shù)字化、規(guī)范化，通過執(zhí)行顯性化流程來驅(qū)動設(shè)計過程，提高反應(yīng)堆工程設(shè)計項目管理水平。

（2）專業(yè)設(shè)計系統(tǒng)。

集成常用商業(yè)軟件和自研軟件的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計環(huán)境，封裝了堆芯、堆本體等專業(yè)設(shè)計工具、行業(yè)規(guī)范和設(shè)計標準，形成適用于不同堆型的設(shè)計系統(tǒng)，為反應(yīng)堆工程工程設(shè)計提供便捷、準確、高效的設(shè)計手段，降低迭代成本，提高設(shè)計仿真效率。

（3）過程數(shù)據(jù)管理。

對反應(yīng)堆工程設(shè)計過程中產(chǎn)生的性能參數(shù)、三維模型、管道布置圖、可行性報告等過程數(shù)據(jù)以及產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的操作和過程進行有效管理，實現(xiàn)設(shè)計可追溯以及數(shù)據(jù)的積累和固化。

（4）知識管理系統(tǒng)。

把反應(yīng)堆工程設(shè)計過程中產(chǎn)生的大量設(shè)計文件以及設(shè)計人員的經(jīng)驗、心得體會固化到系統(tǒng)中，開發(fā)知識推送和知識搜索的功能，把知識與具體的研發(fā)活動相結(jié)合，實現(xiàn)知識共享和傳承。

（5）系統(tǒng)與其他系統(tǒng)進行集成。

集成與項目管理系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、風險管理系統(tǒng)、檔案系統(tǒng)等信息化系統(tǒng)，解決“數(shù)據(jù)孤島”，打通管理與業(yè)務(wù)之間、業(yè)務(wù)與流程等通道。

2? 反應(yīng)堆協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計思路

反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)是以反應(yīng)堆設(shè)計規(guī)范為基礎(chǔ)，針對不同堆型的研發(fā)設(shè)計業(yè)務(wù)流程，在各種數(shù)字化設(shè)計工具及相關(guān)信息化應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過工程中間件技術(shù)（過程中間件、數(shù)據(jù)中間件、工具中間件），建立對應(yīng)堆型的工作流和信息流，打通項目（任務(wù)）管理、流程管理、專業(yè)設(shè)計工具、數(shù)據(jù)管理及知識管理等各個系統(tǒng)之間的交互環(huán)節(jié)，實現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。其設(shè)計思路具體表現(xiàn)在以下幾個方面（如圖2所示）。

（1）設(shè)計方法、經(jīng)驗、規(guī)則、規(guī)范同工程軟件相融合。

對現(xiàn)有的大量設(shè)計分析商業(yè)軟件及自研程序進行封裝，從而定制成為經(jīng)驗化的工程模板，將現(xiàn)有的大量反應(yīng)堆設(shè)計各專業(yè)的知識、經(jīng)驗、操作流程、操作方法進行固化，通過軟件封裝的方式實現(xiàn)工程軟件與方法的融合。經(jīng)過組件化的封裝，構(gòu)建面向?qū)W科類型的工具升華成面向產(chǎn)品設(shè)計的專業(yè)分析包，使研發(fā)設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)能夠形成有效的流動，更容易實現(xiàn)各學科之間的耦合分析與優(yōu)化，需要把諸如UG、CATIA等各種工具進行有效的整合，將原本彼此孤立的工具軟件形成一個有機整體，形成研發(fā)數(shù)據(jù)輸入輸出的中樞，打通各個工具軟件之間的數(shù)據(jù)通道，以有效提高研發(fā)效率，降低成本。

（2）研發(fā)流程管理。

構(gòu)建反應(yīng)堆工程設(shè)計流程管理體系，對流程進行嚴格的管理和監(jiān)控，實現(xiàn)流程的耦合與協(xié)同，對業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)進行有效的管理，并保證知識和業(yè)務(wù)的緊密關(guān)聯(lián)，從而能夠描述實時的項目狀態(tài)、資源利用、流程進展、數(shù)據(jù)狀態(tài)，統(tǒng)籌項目資源與進度，提高工作效率，增強用戶間協(xié)同;保證設(shè)計參數(shù)的可追溯性和時效性，在完全可控的環(huán)境下關(guān)聯(lián)上下游數(shù)據(jù)，并確保每個流程節(jié)點的流程數(shù)據(jù)一致;使企業(yè)決策者能夠快捷、有效地對設(shè)計進度進行監(jiān)控，隨時掌握項目進度及情況;保證在流程執(zhí)行過程中實時進行知識查詢，并支持將研發(fā)過程數(shù)據(jù)添加到知識管理系統(tǒng)，實現(xiàn)知識固化，進而實現(xiàn)專家經(jīng)驗的繼承和重用，使快速設(shè)計迭代成為可能，并從根本上解決了“產(chǎn)品設(shè)計個性化需求與商業(yè)軟件產(chǎn)品通用性之間的矛盾”。

（3）多專業(yè)協(xié)同設(shè)計。

將反應(yīng)堆工程設(shè)計不同階段需要的設(shè)計工具、人力資源、信息數(shù)據(jù)形成一個有機的整體，打通反應(yīng)堆工程設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，采用流程模式與數(shù)據(jù)中心模式相結(jié)合，從系統(tǒng)性能最優(yōu)的角度實現(xiàn)跨學科、跨專業(yè)的分布式協(xié)同化設(shè)計。避免大量的重復性建模、分析等工作，同時還可以通過構(gòu)建協(xié)同任務(wù)管理和協(xié)同流程管理系統(tǒng)，按照自頂向下、任務(wù)計劃驅(qū)動、實時反饋的思想，將反應(yīng)堆型號研制人員產(chǎn)生的信息、數(shù)據(jù)進行抽取、匯總、統(tǒng)計，以多視圖形式進行全局展示，提高頂層管控能力，為反應(yīng)堆設(shè)計決策提供科學參考。

（4）知識管理和應(yīng)用。

對于反應(yīng)堆設(shè)計過程中涉及到的大量專家經(jīng)驗、設(shè)計方法以及各專業(yè)的自研程序的開發(fā)規(guī)范、商業(yè)軟件操作說明、行業(yè)標準等知識按照一定的規(guī)則進行抽象和管理，同時在專業(yè)設(shè)計流程使用過程中通過相應(yīng)知識與設(shè)計模板的交互，實現(xiàn)知識管理與具體的設(shè)計活動相結(jié)合，能夠方便地把行業(yè)標準、設(shè)計經(jīng)驗等知識等封裝到專業(yè)設(shè)計系統(tǒng)中，也可以根據(jù)當前的工作語境主動、智能地推送滿足符合度的設(shè)計知識，使得知識與設(shè)計形成良好互動，實現(xiàn)知識共享、分發(fā)，真正做到知識驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計的整個過程，使反應(yīng)堆設(shè)計能力得以持續(xù)積累和持續(xù)提高。

3? 反應(yīng)堆協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)

反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的核心是以任務(wù)驅(qū)動流程，實現(xiàn)設(shè)計參數(shù)的上下游顯性化傳遞;通過梳理不同堆型的業(yè)務(wù)流程，對各專業(yè)設(shè)計流程中用到的設(shè)計方法、設(shè)計工具、設(shè)計數(shù)據(jù)等進行梳理和標準化，建立流程模型并將其封裝為設(shè)計模板，從而形成適用于不同型號的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)。下面以反應(yīng)堆堆頂固定屏蔽設(shè)計進行說明。

3.1 設(shè)計流程建模

用戶首先梳理反應(yīng)堆堆頂固定屏蔽設(shè)計流程并將其細分，整理出該流程中每個節(jié)點的數(shù)據(jù)、輸入輸出關(guān)系和專業(yè)設(shè)計節(jié)點的公式、算法、自研軟件、商業(yè)軟件，以及該設(shè)計節(jié)點的設(shè)計步驟，在反應(yīng)堆協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)中搭建流程模型，采用手動或自動的方式，對各子流程之間參數(shù)傳遞關(guān)系進行映射，以紅色線條標識節(jié)點間前后執(zhí)行順序，藍色線條標識節(jié)點間數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系，關(guān)聯(lián)設(shè)計節(jié)點與設(shè)計模板進行一一匹配，具體步驟如下。

（1）首先梳理堆頂固定屏蔽設(shè)計輸入輸出參數(shù)、堆頂固定屏蔽設(shè)計輸入輸出參數(shù)（二環(huán)路傾斜式提升機）、堆頂固定屏蔽設(shè)計輸入輸出參數(shù)（二環(huán)路直拉式提升機）、堆頂固定屏蔽設(shè)計輸入輸出參數(shù)表（三環(huán)路傾斜式提升機）、堆頂固定屏蔽設(shè)計輸入輸出參數(shù)（三環(huán)路直拉式提升機）。

（2）梳理準備堆頂固定屏蔽設(shè)計所需的計算公式。

φgdpb=堆頂固定屏蔽直徑=標高Hbg12處提升機接管的最大外接圓直徑+1000

（3）根據(jù)業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行步驟建立可執(zhí)行流程，如圖3所示。

3.2 設(shè)計模板封裝

根據(jù)前期梳理的堆頂固定屏蔽設(shè)計流程準備設(shè)計模型，借助平臺提供的支撐專業(yè)方法體系梳理和管理的模板封裝環(huán)境，通過使用組件庫、GUI界面編輯器、參數(shù)表等組件，將堆頂固定屏蔽設(shè)計流程進行固化和封裝，形成一個能與外部文件、程序、函數(shù)、工具、軟件實現(xiàn)集成交互（包括數(shù)據(jù)與操作的交互）、知識推送的工程模板，具體步驟如下。

（1）根據(jù)堆頂固定屏蔽上、下平面標高確定模型位置，創(chuàng)建草圖，旋轉(zhuǎn)得到堆頂固定屏蔽實體。

根據(jù)泵支承、IHX支承、DHX支承及提升機接管等相關(guān)位置及結(jié)構(gòu)尺寸，創(chuàng)建草圖，用“凹槽”命令在堆頂固定屏蔽實體上挖孔，得到堆頂固定屏蔽模型。

根據(jù)堆頂固定屏蔽設(shè)計步驟流程，并利用集成開發(fā)系統(tǒng)提供的模板封裝組件功能，進行參數(shù)、公式、模型的集成封裝。

通過對堆頂固定屏蔽設(shè)計步驟、參數(shù)、公式、模型的封裝，設(shè)計出交互式GUI界面，固化為堆頂固定屏蔽設(shè)計專業(yè)設(shè)計模板，如圖4所示。

4? 反應(yīng)堆協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用驗證

以反應(yīng)堆堆本體布置模型為例，簡要說明基于參數(shù)化的反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)在工程設(shè)計中應(yīng)用。項目負責人根據(jù)堆本體布置業(yè)務(wù)流程下發(fā)設(shè)計任務(wù)，制定各子流程之間參數(shù)傳遞關(guān)系，任務(wù)承擔部門細化具體的設(shè)計活動，分配給符合子任務(wù)設(shè)計資質(zhì)要求的設(shè)計人員;設(shè)計人員核對并接受任務(wù)，提取設(shè)計輸入信息，調(diào)用對應(yīng)的設(shè)計模板，利用模板封裝的GUI交互界面，快速進行交互迭代計算，計算結(jié)束后將數(shù)據(jù)上傳，審核通過后自動推送到下游任務(wù)。依次類推，根據(jù)堆本體設(shè)計業(yè)務(wù)流程調(diào)用已封裝的設(shè)計模板，快速生成堆本體布置模型，其應(yīng)用過程如圖5所示。

5? 結(jié)語

反應(yīng)堆工程協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)以業(yè)務(wù)流程為主線，以參數(shù)驅(qū)動流程，對設(shè)計過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行有效管理和追溯，實現(xiàn)設(shè)計過程中流程貫通、數(shù)據(jù)共享、知識流轉(zhuǎn)、協(xié)同執(zhí)行等;對專業(yè)設(shè)計單元進行封裝，實現(xiàn)通過模型關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)流集成建立統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型，自動保證上下游模型之間的緊密關(guān)聯(lián)，上游方案的更改將自動更改下游模型，實現(xiàn)快速迭代，從而可以在短時間內(nèi)形成多種方案;對設(shè)計知識和設(shè)計經(jīng)驗等進行固化，實現(xiàn)知識的積累和重用，提升人才培養(yǎng)速度;集成PDM、IPDPM等信息化系統(tǒng)，建立全生命周期設(shè)計管理體系，從而大幅度提升反應(yīng)堆工程設(shè)計的效率和質(zhì)量。

參考文獻

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