核電設(shè)備數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

周建秋，張 潔，趙 棟，黃子參，嚴(yán)家福

（中廣核工程有限公司核電安全監(jiān)控技術(shù)與裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，深圳 518124)

0 引言

目前中廣核設(shè)計(jì)院正在積極推進(jìn)“華龍一號(hào)”示范項(xiàng)目的研發(fā)工作，使核電由“中國(guó)制造”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸袊?guó)創(chuàng)造”，真正走出國(guó)門(mén)，參與國(guó)際核電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。作為核電站的核心，核電設(shè)備的自主化研發(fā)設(shè)計(jì)是中國(guó)核電“走出去”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

核電設(shè)備設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，系統(tǒng)復(fù)雜，涉及學(xué)科眾多，由設(shè)備設(shè)計(jì)原因?qū)е碌难悠诮桓兜葧?huì)導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失，因此規(guī)范設(shè)備的設(shè)計(jì)流程，縮短設(shè)備設(shè)計(jì)周期，提升設(shè)備設(shè)計(jì)質(zhì)量成為核電設(shè)備設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，以三維設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)輔助工程為主的CAD、CAE工具已經(jīng)在核電設(shè)備的設(shè)計(jì)中大量的應(yīng)用，發(fā)揮著重要的作用。但同時(shí)如何將單一設(shè)計(jì)工具進(jìn)行有效集成，形成規(guī)范的從三維設(shè)計(jì)、校核計(jì)算到設(shè)計(jì)分析驗(yàn)證的整個(gè)流程；在縱向上將單個(gè)流程中的數(shù)據(jù)形成統(tǒng)一的輸入輸出文件，以及多次迭代后進(jìn)行有效的產(chǎn)品數(shù)據(jù)及過(guò)程管理，在橫向上規(guī)范結(jié)構(gòu)、熱工、水力等多個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的數(shù)據(jù)接口，變得越來(lái)越迫切和重要。原有的分散式設(shè)計(jì)和管理模式也已無(wú)法滿足當(dāng)今跨部門(mén)、跨專(zhuān)業(yè)、跨地域的協(xié)同設(shè)計(jì)需求，大量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)保存在個(gè)人的計(jì)算機(jī)內(nèi)，無(wú)法進(jìn)行有效的管控，版本不一致的情況時(shí)有發(fā)生。多種設(shè)備設(shè)計(jì)軟件和信息系統(tǒng)并存，彼此之間缺少有效的信息共享和利用，使得設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)種類(lèi)繁多，重復(fù)冗余，檢索困難，數(shù)據(jù)的安全性及共享管理程度低等，許多經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)存在遺失的可能。此外，在當(dāng)前的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，數(shù)據(jù)的來(lái)源多種多樣，設(shè)計(jì)人員需要與提資系統(tǒng)、設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理平臺(tái)等多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，如何研發(fā)一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)將這些眾多的系統(tǒng)有效地集成也變得非常重要。

針對(duì)以上問(wèn)題，以數(shù)據(jù)為核心的產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）理念[1～3]被提出并逐漸應(yīng)用到企業(yè)信息化生產(chǎn)中，目前PLM已成為工業(yè)4.0和“中國(guó)制造2025”的重要內(nèi)容[4]之一，也是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)“兩化融合”和智能制造的重要途徑[5]。作為產(chǎn)品生命源頭，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理[6，7]越來(lái)越得到重視。汽車(chē)、航空、航天等領(lǐng)域內(nèi)，設(shè)計(jì)研發(fā)、分析驗(yàn)證、數(shù)據(jù)管理、知識(shí)管理為一體的集成設(shè)計(jì)技術(shù)被研發(fā)并得到廣泛應(yīng)用[8]。核電領(lǐng)域內(nèi)，全廠三維協(xié)同布置設(shè)計(jì)[9，10]得到了各核電設(shè)計(jì)單位的深入研究和應(yīng)用，達(dá)到了核電多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管控的目的。核電設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程主要包含三維建模、力學(xué)仿真分析、強(qiáng)度校核、材料分析等設(shè)計(jì)活動(dòng)。全廠三維協(xié)同布置設(shè)計(jì)側(cè)重于核電廠布置設(shè)計(jì)，并不適用于核電設(shè)備設(shè)計(jì)的各設(shè)計(jì)活動(dòng)需求。

本文針對(duì)傳統(tǒng)核電設(shè)備設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，基于數(shù)據(jù)生命周期管理理念，提出了核電設(shè)備數(shù)字化設(shè)計(jì)理論體系，并應(yīng)用研發(fā)核電設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)管理的電子化、設(shè)計(jì)過(guò)程的流程化和規(guī)范化、設(shè)計(jì)工具的集成與統(tǒng)一調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化組織、外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)縫式傳遞、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)智能化應(yīng)用等。該平臺(tái)的研發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可以復(fù)制到核電行業(yè)的其它設(shè)計(jì)單位，并可推廣到其他相近行業(yè)的工程設(shè)計(jì)單位。

1 核電設(shè)備數(shù)字化設(shè)計(jì)

根據(jù)核電設(shè)備設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，確定核電設(shè)備數(shù)字化設(shè)計(jì)思路：

以流程為主線，對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程從業(yè)務(wù)流程到設(shè)計(jì)流程進(jìn)行規(guī)范化和電子化管理。

以數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程數(shù)據(jù)的規(guī)范化管理和智能化應(yīng)用。

以工具封裝為手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)資源的集成應(yīng)用。

以設(shè)計(jì)管理模塊為抓手，實(shí)現(xiàn)在線的任務(wù)管理、提資、技術(shù)決策等，保障對(duì)設(shè)計(jì)活動(dòng)全過(guò)程進(jìn)行及時(shí)的干預(yù)、協(xié)調(diào)和監(jiān)控。

1.1 核電設(shè)備設(shè)計(jì)全流程的建立

1.1.1 設(shè)備設(shè)計(jì)流程化

核電設(shè)備種類(lèi)多、數(shù)量大，每種設(shè)備的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、技術(shù)要求各不相同。為規(guī)范和實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)計(jì)活動(dòng)的管控，針對(duì)各設(shè)備設(shè)計(jì)方法，結(jié)合眾多項(xiàng)目工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)反饋，對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行梳理并充分歸納總結(jié)與完善，建立設(shè)備設(shè)計(jì)流程，涵蓋設(shè)備設(shè)計(jì)的全過(guò)程。

圖1 設(shè)備設(shè)計(jì)流程知識(shí)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1.2 封裝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算向?qū)Щ?/p>

在核電設(shè)備設(shè)計(jì)中，強(qiáng)度校核計(jì)算占有重要的位置。中廣核設(shè)計(jì)院通過(guò)經(jīng)驗(yàn)積累和總結(jié)已經(jīng)形成了RCC-M、ASME、常壓儲(chǔ)罐GB50341、NB_47003.1等規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)Excel計(jì)算模板。在校核過(guò)程中，查表、插值計(jì)算、數(shù)據(jù)復(fù)制粘貼、編制結(jié)果報(bào)告等傳統(tǒng)手工的操作需要設(shè)計(jì)人員投入大量的時(shí)間，且易出現(xiàn)低級(jí)錯(cuò)誤，此外，各模板散落在個(gè)人電腦上，在長(zhǎng)時(shí)間的使用下易出現(xiàn)版本不一致，導(dǎo)致校核出差錯(cuò)。針對(duì)以上問(wèn)題，傳統(tǒng)的強(qiáng)度校核計(jì)算數(shù)字化研究是通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言編程，開(kāi)發(fā)相關(guān)計(jì)算軟件來(lái)代替Excel的計(jì)算[11]。但該方式所完成的軟件往往不夠靈活，很多設(shè)計(jì)人員仍然選擇Excel模板計(jì)算。因此，本文提出采用第三方Excel封裝軟件EASA實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度校核計(jì)算模板的封裝，通過(guò)調(diào)用EASA服務(wù)開(kāi)展校核計(jì)算。

流程化邏輯：1）EASA將Excel提供的表格、公式和關(guān)系進(jìn)行封裝，并通過(guò)URL提供給應(yīng)用系統(tǒng)給予調(diào)用。2）EASA被調(diào)用后，將得出的計(jì)算過(guò)程數(shù)據(jù)，包括過(guò)程數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)提交至NGINX服務(wù)器中。3）EASA發(fā)出通知提醒應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。4）應(yīng)用系統(tǒng)從NGINX獲取數(shù)據(jù)，可供生成報(bào)告書(shū)使用。

該方式通過(guò)后臺(tái)集中管理各計(jì)算模板，所見(jiàn)即所得的向?qū)接?jì)算過(guò)程，最大限度接近用戶(hù)原有使用習(xí)慣。根據(jù)所有的相關(guān)計(jì)算結(jié)果，自動(dòng)生成WORD格式計(jì)算結(jié)果報(bào)告，將設(shè)計(jì)人員從重復(fù)勞動(dòng)中解放出來(lái)，提高設(shè)計(jì)效率，降低人因差錯(cuò)。

1.1.3 CAE分析流程及其標(biāo)準(zhǔn)化

設(shè)備設(shè)計(jì)涉及到的計(jì)算機(jī)輔助分析的領(lǐng)域非常廣泛，包括了各類(lèi)設(shè)備的熱工水力分析、電磁性能分析、動(dòng)力學(xué)分析、應(yīng)力分析、密封分析、疲勞及斷裂分析等。鑒于各類(lèi)仿真分析活動(dòng)均采用輸入、調(diào)用軟件分析最后產(chǎn)生輸出結(jié)果的模式，因此提出CAE分析活動(dòng)流程化。通過(guò)設(shè)計(jì)流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)軟件、設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)過(guò)程數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)關(guān)系的封裝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)縱向設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和橫向多專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)的有效管理與追溯，確保設(shè)計(jì)過(guò)程的規(guī)范化和可控。

1.2 核電設(shè)備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理

1.2.1 基于模型的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理

圖2 強(qiáng)度校核計(jì)算流程化邏輯關(guān)系圖

圖3 設(shè)計(jì)流程結(jié)構(gòu)圖

在設(shè)備三維模型設(shè)計(jì)中，SOLIDWORKS、CREO等CAD設(shè)計(jì)軟件均配套提供了功能強(qiáng)大的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM），PDM能夠很好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品三維模型的各項(xiàng)管理功能。因此，應(yīng)用成熟的PDM管理模型，通過(guò)模型關(guān)鍵信息（模型ID、模型數(shù)據(jù)名稱(chēng)、模型在PDM系統(tǒng)中的路徑）的鏈接式存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)模型在應(yīng)用系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)和應(yīng)用。

圖4 PDM系統(tǒng)集成邏輯圖

1.2.2 材料數(shù)據(jù)庫(kù)的集成

核電設(shè)備材料種類(lèi)繁多，設(shè)計(jì)過(guò)程中需在數(shù)百種不同材料中選擇。每一種材料都包含了物理性能（如熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散系數(shù)、線膨脹系數(shù)、彈性模量、密度及泊松比）、力學(xué)性能（如不同溫度下應(yīng)力強(qiáng)度限值、極限抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，基本許用應(yīng)力）和疲勞曲線等屬性。采取規(guī)范化材料數(shù)據(jù)庫(kù)管理，便于設(shè)備設(shè)計(jì)、三維建模、計(jì)算分析過(guò)程中直接調(diào)用材料性能數(shù)據(jù)，降低人為選用和人工計(jì)算可能造成的差錯(cuò)，保障數(shù)據(jù)可靠性，提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確率和設(shè)計(jì)效率。

1.2.3 構(gòu)建設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有價(jià)值推送

設(shè)計(jì)活動(dòng)之間不是相互獨(dú)立的，而且存在輸入輸出關(guān)聯(lián)關(guān)系的，而且設(shè)計(jì)活動(dòng)之間具有可參考的價(jià)值，通過(guò)預(yù)定義的規(guī)則，利用互聯(lián)網(wǎng)智能推薦技術(shù)，幫助設(shè)計(jì)人員及時(shí)準(zhǔn)確地獲取設(shè)計(jì)可參考的信息，充分利用已有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值。

1.3 設(shè)計(jì)分析工具的集成

設(shè)計(jì)工具是核電設(shè)備設(shè)計(jì)的重要組成部分，設(shè)計(jì)工具的集成是保證設(shè)計(jì)流程可以順利執(zhí)行以及文件和參數(shù)自動(dòng)傳遞的重要的環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)商業(yè)、自編和各種專(zhuān)業(yè)分析工具的統(tǒng)一集成與封裝，實(shí)現(xiàn)工具的統(tǒng)一管理與調(diào)度，輸入輸出文件及參數(shù)的自動(dòng)化入庫(kù)管理與關(guān)聯(lián)。

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)執(zhí)行客戶(hù)端CMD 命令方式啟動(dòng)本地軟件，以此為基礎(chǔ)，通過(guò)SSH密鑰驗(yàn)證協(xié)議、XMANAGER相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)在本地客戶(hù)端與遠(yuǎn)程服務(wù)器上應(yīng)用軟件的交互設(shè)計(jì)，最后，根據(jù)用戶(hù)制定的規(guī)則自動(dòng)將指定的分析結(jié)果文件統(tǒng)一抓取到服務(wù)器。為了解決軟件安裝路徑的問(wèn)題，提出了軟件啟動(dòng)引擎的機(jī)制，對(duì)于本地軟件的啟動(dòng)，通過(guò)啟動(dòng)該引擎，執(zhí)行輸入文件，查找客戶(hù)端注冊(cè)表，調(diào)用相應(yīng)軟件，對(duì)于遠(yuǎn)程服務(wù)器（高性能計(jì)算平臺(tái)、計(jì)轉(zhuǎn)軟件服務(wù)器）的軟件執(zhí)行，提前在引擎中配置好軟件的執(zhí)行路徑及參數(shù)接收方式，通過(guò)直接調(diào)用該引擎并傳入?yún)?shù)及輸入文件，可直接在遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)起作業(yè)任務(wù)，調(diào)用高性能計(jì)算平臺(tái)中的計(jì)算分析軟件及硬件資源，并將計(jì)算結(jié)果自動(dòng)抓回，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成，提升設(shè)計(jì)效率，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)操作。

1.4 設(shè)計(jì)過(guò)程管理

以設(shè)計(jì)任務(wù)的方式管理設(shè)計(jì)活動(dòng)，便于進(jìn)度跟蹤、進(jìn)度控制和統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。任務(wù)管理是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，按照實(shí)際項(xiàng)目的方式管理設(shè)計(jì)任務(wù)，由項(xiàng)目管理工程師根據(jù)核電任務(wù)統(tǒng)籌安排設(shè)備設(shè)計(jì)任務(wù)，逐級(jí)分解，最終落實(shí)到具體設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)人員收到設(shè)計(jì)任務(wù)后開(kāi)展設(shè)計(jì)活動(dòng)，形成成品文件，同時(shí)記錄、保存設(shè)計(jì)過(guò)程信息。項(xiàng)目管理工程師可總體監(jiān)控項(xiàng)目任務(wù)開(kāi)展情況并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各層級(jí)負(fù)責(zé)人則實(shí)時(shí)跟蹤整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。

設(shè)計(jì)輸入是設(shè)計(jì)活動(dòng)開(kāi)展的先決條件，設(shè)計(jì)輸入的有效管控也是設(shè)備設(shè)計(jì)質(zhì)量得以保障的前提。

圖6 CAE分析流程示例

圖7 強(qiáng)度校核計(jì)算

設(shè)計(jì)過(guò)程控制流程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)計(jì)策劃、設(shè)計(jì)輸入控制、設(shè)計(jì)分析控制、設(shè)計(jì)評(píng)審、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和設(shè)計(jì)輸出控制等設(shè)計(jì)活動(dòng)的邏輯關(guān)聯(lián)，該邏輯關(guān)聯(lián)基于法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、程序規(guī)范中對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量保證要求以及特定專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)要求而建立。

2 核電設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)

基于以上理論體系，本文應(yīng)用研發(fā)出核電設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)，該平臺(tái)的技術(shù)框架如圖5所示，以B/S架構(gòu)的方式呈現(xiàn)給設(shè)計(jì)人員，平臺(tái)包括設(shè)計(jì)過(guò)程管理與協(xié)同設(shè)計(jì)兩個(gè)模塊。設(shè)計(jì)過(guò)程管理主要實(shí)現(xiàn)多級(jí)任務(wù)管理、內(nèi)部提資、所內(nèi)決策、函件管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。協(xié)同設(shè)計(jì)模塊包含了設(shè)計(jì)工具、設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范四個(gè)子模塊。設(shè)計(jì)工具模塊中實(shí)現(xiàn)了本地和遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)工具的一體化調(diào)度，自研程序的集成，設(shè)計(jì)輸入輸出的全部或部分自動(dòng)化管理。設(shè)計(jì)流程模塊將設(shè)計(jì)過(guò)程中的工具、數(shù)據(jù)、提資、知識(shí)等有效地集成封裝成模板，達(dá)到設(shè)計(jì)流程的管控和設(shè)計(jì)過(guò)程的復(fù)用。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模塊實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化組織與管理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)權(quán)限控制、數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)輕量化瀏覽、根據(jù)設(shè)計(jì)報(bào)告模板自動(dòng)生成計(jì)算報(bào)告等功能。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范模塊通過(guò)對(duì)RCCM、ASME、國(guó)標(biāo)等規(guī)范的強(qiáng)度計(jì)算的封裝以及規(guī)范材料庫(kù)的建立，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累。

圖5 技術(shù)架構(gòu)

圖8 三維模型在線瀏覽

2.1.設(shè)備三維設(shè)計(jì)、校核計(jì)算以及仿真分析全過(guò)程，打造CAD/CAE一體化設(shè)計(jì)環(huán)境

為了實(shí)現(xiàn)仿真設(shè)計(jì)過(guò)程規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，平臺(tái)定制了各類(lèi)設(shè)計(jì)的流程模板，設(shè)計(jì)人員通過(guò)實(shí)例設(shè)計(jì)模板開(kāi)展相關(guān)的仿真設(shè)計(jì)。以反應(yīng)堆壓力容器RPV其中的力學(xué)分析為例，整個(gè)設(shè)計(jì)流程包含了計(jì)算輸入?yún)?shù)、建立有限元模型、應(yīng)力計(jì)算求解、應(yīng)力評(píng)定四個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng)。第一個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng)提供了三維模型等的輸入文件上傳和輸入?yún)?shù)填寫(xiě)，后面三個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng)分別調(diào)用HyperMesh網(wǎng)格劃分、ANSYS求解以及應(yīng)力評(píng)定。各個(gè)活動(dòng)所生成的過(guò)程數(shù)據(jù)能夠在活動(dòng)之間實(shí)現(xiàn)傳遞和關(guān)聯(lián)。

平臺(tái)歸納總結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，封裝了170余套強(qiáng)度計(jì)算模板。通過(guò)統(tǒng)一規(guī)范的計(jì)算模式、計(jì)算源頭、材料數(shù)據(jù)源和計(jì)算報(bào)告樣式，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度計(jì)算過(guò)程的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

在設(shè)備三維模型設(shè)計(jì)中，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了與SolidWorks PDM的集成。用戶(hù)可通過(guò)平臺(tái)直接調(diào)用SolidWorks設(shè)計(jì)軟件開(kāi)展三維模型設(shè)計(jì)，并將模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到PDM系統(tǒng)。憑借鏈接式的存儲(chǔ)，模型數(shù)據(jù)可直接關(guān)聯(lián)到平臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)，應(yīng)用PDM自帶的web瀏覽功能可實(shí)現(xiàn)在線輕量化瀏覽，為后續(xù)核電設(shè)備的三維模型協(xié)同設(shè)計(jì)工作提供了便捷。

2.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的智能化應(yīng)用

2.2.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的積累和組織，實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的共享和傳承

核電設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)將通用的設(shè)計(jì)流程封裝成模塊，為設(shè)計(jì)人員提供便捷地向?qū)皆O(shè)計(jì)。此外，平臺(tái)支持用戶(hù)自定義設(shè)計(jì)流程，實(shí)現(xiàn)計(jì)算過(guò)程的固化和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的沉淀。

平臺(tái)采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)管理設(shè)計(jì)任務(wù)。任務(wù)所出版的成品文件及參考文件在文件庫(kù)中提供給平臺(tái)所有用戶(hù)查閱參考。

2.2.2 構(gòu)建設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有價(jià)值推送

傳統(tǒng)TA/CR/NCR等技術(shù)服務(wù)函件管理散落在個(gè)人電腦中，不利用數(shù)據(jù)管理和利用。核電設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)通過(guò)構(gòu)建函件庫(kù)，統(tǒng)一管理，與設(shè)計(jì)文件關(guān)聯(lián)，形成設(shè)計(jì)反饋，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的參考應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)函件與設(shè)計(jì)文件的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及設(shè)計(jì)文件之間的關(guān)系，利用預(yù)定義的規(guī)則[12]，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)推薦系統(tǒng)技術(shù)，在用戶(hù)處理函件過(guò)程中，推送相關(guān)項(xiàng)目類(lèi)似函件的相關(guān)處理數(shù)據(jù)和相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，同樣，在用戶(hù)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作中，推送相關(guān)函件數(shù)據(jù)和相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的價(jià)值化。

圖9 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)推送

2.2.3 設(shè)計(jì)迭代和數(shù)據(jù)對(duì)比，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)最優(yōu)化

在平臺(tái)的設(shè)計(jì)流程中，設(shè)計(jì)人員可自由地設(shè)置設(shè)計(jì)迭代輪次，每次迭代設(shè)計(jì)結(jié)果之間不受影響，最終，選擇最優(yōu)的作為本次設(shè)計(jì)流程的設(shè)計(jì)結(jié)果。過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可選擇不同迭代輪次、不同工況的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，查看異同點(diǎn)。

圖10 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比

2.3 核電設(shè)備設(shè)計(jì)工具的一體化集成

工具一體化集成主要是在流程管理框架下，通過(guò)設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)工具的集成與封裝，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工具的一體化調(diào)度、設(shè)計(jì)輸入/輸出的全部或部分自動(dòng)化管理。

平臺(tái)集成了大型商業(yè)設(shè)計(jì)分析軟件18款，例如有限元分析軟件ANSYS、Abaqus，流體計(jì)算軟件Fluent等。設(shè)計(jì)人員可調(diào)用本地或遠(yuǎn)程高性能計(jì)算服務(wù)器的相關(guān)程序開(kāi)展計(jì)算，并將數(shù)據(jù)同步檢入到平臺(tái)服務(wù)器中。

除了商業(yè)軟件外，平臺(tái)還封裝了數(shù)十款技術(shù)轉(zhuǎn)讓專(zhuān)用軟件，用于特殊的工程分析領(lǐng)域，這些專(zhuān)用軟件均通過(guò)了嚴(yán)苛的試驗(yàn)驗(yàn)證，如LIDO、HUMID、J-TUBE等技轉(zhuǎn)軟件。同時(shí)，平臺(tái)還允許設(shè)計(jì)人員在流程中嵌入經(jīng)驗(yàn)證的腳本程序。這些腳本主要通過(guò)VBA語(yǔ)言/C語(yǔ)言/Java/C#/Python等語(yǔ)言編寫(xiě)，幫助設(shè)計(jì)人員大大減少命令流和代碼的輸入工作量、格式檢查、計(jì)算數(shù)據(jù)評(píng)估與提取等重復(fù)性工作，可顯著減少人因失誤。

此外，核電設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)集成了高性能計(jì)算平臺(tái)的作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)（PBS），能夠直接發(fā)起作業(yè)任務(wù)，調(diào)用高性能計(jì)算平臺(tái)中的計(jì)算分析軟件及硬件資源，并將計(jì)算結(jié)果自動(dòng)抓回，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成，提升設(shè)計(jì)效率，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)操作。

圖11 核電設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)中的高性能計(jì)算配置

2.4 基于流程圖方式的設(shè)計(jì)任務(wù)管理

作為設(shè)計(jì)活動(dòng)的源頭，設(shè)計(jì)任務(wù)管理至關(guān)重要。核電設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)以設(shè)備、項(xiàng)目、階段為主要層次，以流程圖方式的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)管理設(shè)計(jì)任務(wù)，通過(guò)流程圖節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)任務(wù)，節(jié)點(diǎn)顏色展示當(dāng)前設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)度（未啟動(dòng)、進(jìn)行中、已完成），任務(wù)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)活動(dòng)和設(shè)計(jì)結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)、計(jì)算分析過(guò)程和設(shè)計(jì)結(jié)果的規(guī)范化管理，如下圖展示了惠州項(xiàng)目RPV設(shè)備初步設(shè)計(jì)階段流程示意圖。

開(kāi)創(chuàng)性地以設(shè)備設(shè)計(jì)流程圖的方式管理設(shè)計(jì)任務(wù)，使得設(shè)備設(shè)計(jì)的過(guò)程更加清晰和明確。同時(shí)，也為其他核電項(xiàng)目的設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程提供參考，實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)的積累和共享。

2.5 材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù)

核電設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)提供了包含RCC-M、ASME以及國(guó)標(biāo)三種規(guī)范的材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫(kù)。該材料庫(kù)有制造類(lèi)型、采購(gòu)技術(shù)規(guī)范、泊松比、密度、屈服強(qiáng)度等22個(gè)屬性，120種牌號(hào)，900條材料記錄。平臺(tái)記錄了材料庫(kù)的更新過(guò)程，實(shí)現(xiàn)后續(xù)可追溯。多種查詢(xún)條件組合實(shí)現(xiàn)材料定向檢索。通過(guò)Excel模板雙向?qū)雽?dǎo)出，方便了更新維護(hù)。規(guī)范、統(tǒng)一的材料庫(kù)，為用戶(hù)查閱材料、平臺(tái)分析計(jì)算使用材料提供了唯一的數(shù)據(jù)源，保證了材料數(shù)據(jù)源的正確性、可追溯性和唯一性。

圖12 設(shè)備設(shè)計(jì)的流程圖

圖13 力學(xué)性能材料庫(kù)

3 應(yīng)用效果

目前，核電設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)已在中廣核設(shè)計(jì)院寧德二期、防城港二期、惠州太平嶺、三澳等在建核電項(xiàng)目及GDA華龍一號(hào)通用設(shè)計(jì)審查項(xiàng)目上的核電設(shè)備設(shè)計(jì)中全面應(yīng)用。核電設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)已成為設(shè)計(jì)人員開(kāi)展設(shè)備設(shè)計(jì)工作和檢索數(shù)據(jù)的主要平臺(tái)，應(yīng)用對(duì)象覆蓋設(shè)計(jì)院自主設(shè)計(jì)的所有核電設(shè)備，包括核島主設(shè)備、輔助設(shè)備、重型支承、機(jī)電設(shè)備、三廢設(shè)備等，應(yīng)用范圍囊括設(shè)計(jì)中的任務(wù)管理、強(qiáng)度計(jì)算、三維模型設(shè)計(jì)、仿真分析、性能分析、性能材料庫(kù)管理應(yīng)用等設(shè)備設(shè)計(jì)全部設(shè)計(jì)活動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)核電設(shè)備設(shè)計(jì)中存在的多專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域、多學(xué)科復(fù)雜設(shè)計(jì)協(xié)同問(wèn)題和信息孤島問(wèn)題，本文提出了核電設(shè)備數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，并應(yīng)用研發(fā)核電設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)。該平臺(tái)為核電設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了統(tǒng)一的設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)與管理的平臺(tái)，秉承一站式的管理模式、集成流程經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)高效利用、提高統(tǒng)計(jì)效率的原則，實(shí)現(xiàn)有效的設(shè)計(jì)管理。通過(guò)設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)中的流程、數(shù)據(jù)、工具與經(jīng)驗(yàn)管理與積累，實(shí)現(xiàn)了：設(shè)計(jì)過(guò)程的可控性、設(shè)計(jì)結(jié)果的可追溯性、設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)同性，從而提升設(shè)計(jì)質(zhì)量；設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)的高效復(fù)用和最優(yōu)化管理；將復(fù)雜的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)有效采集與智能化應(yīng)用，為全方位知識(shí)管理提供保障，并將可標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)工作自動(dòng)化，從而提升設(shè)計(jì)效率。