核電廠全壽期的集成化管理

隨著我國(guó)核電事業(yè)的迅速發(fā)展，核電建設(shè)與發(fā)展中的管理問(wèn)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(shè)計(jì)、建造、生產(chǎn)運(yùn)行以及設(shè)備管理和維修等過(guò)程及環(huán)節(jié)分開(kāi)。其缺點(diǎn)是在核電廠全壽期中，各階段、部門(mén)、過(guò)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(dòng)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(fèi)。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(dòng)與資源管理，節(jié)約成本，提高效率，構(gòu)建核電廠科學(xué)的管理體系是非常必要的。針對(duì)核電廠設(shè)計(jì)、建造以及生產(chǎn)的特點(diǎn)和核電廠的特殊性，本文以計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)(cims)的“集成”思想和技術(shù)為基礎(chǔ)，提出核電廠全壽期集成化管理的新方法，并對(duì)核電廠實(shí)施全壽期集成化管理關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)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(shù)為基礎(chǔ)，并充分利用集成技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、管理技術(shù)以及系統(tǒng)工程等技術(shù)，以系統(tǒng)和全局的觀點(diǎn)，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(wèn)、分析與管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)核電廠設(shè)計(jì)、建造以及運(yùn)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(xiàng)工作高效、協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)而有序地進(jìn)行。

實(shí)施核電廠全壽期集成化管理的關(guān)鍵問(wèn)題包括面向核電廠全壽期的信息集成、并行工程的實(shí)施、敏捷供需管理以及集成管理系統(tǒng)的開(kāi)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(chǔ)，其首要工作是實(shí)現(xiàn)核電廠異構(gòu)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(shè)計(jì)開(kāi)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(gè)方面的內(nèi)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?yàn)樵诿嫦蚝穗姀S全壽期的信息集成中，信息的獲取上存在著時(shí)間與空間上的差異，所以信息集成從總體上可以分階段進(jìn)行，而前一階段的信息自動(dòng)并入當(dāng)前階段。面向核電廠全壽期的信息集成分為設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試、運(yùn)行以及維修等幾個(gè)階段，其總體方案如圖1所示。必要時(shí)可以對(duì)集成階段作適當(dāng)?shù)脑黾踊蛘{(diào)整。

在核電廠全壽期的不同階段中，信息的來(lái)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(jī)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(gè)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(lái)自于外部。

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

在具體實(shí)施中，采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和工程數(shù)據(jù)管理技術(shù)(pdm)實(shí)現(xiàn)核電廠全壽期的信息集成。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、保證系統(tǒng)的一致性并為核電廠信息集成提供基礎(chǔ)，在cims環(huán)境下，必須對(duì)共享數(shù)據(jù)統(tǒng)一設(shè)計(jì)為共享信息的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分布在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，在邏輯上構(gòu)成一個(gè)整體。

為支持核電廠全壽期中的各種信息管理，實(shí)現(xiàn)核電廠異構(gòu)與分布環(huán)境下的信息集成、功能集成和過(guò)程集成，在核電廠集成管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分利用pdm技術(shù)。以pdm為集成框架，實(shí)現(xiàn)pdm系統(tǒng)與cax/dfx工具以及與erp(enterprise resources planning)的應(yīng)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(diào)控制功能，實(shí)現(xiàn)核電廠全壽期的信息管理，協(xié)調(diào)控制核電廠中工作流和各項(xiàng)工作進(jìn)展。在全核電廠范圍內(nèi)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(chǔ)上將集成思想應(yīng)用到核電廠的設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試以及運(yùn)行和維修等各個(gè)環(huán)節(jié)。將核電廠的設(shè)計(jì)信息、建造信息和過(guò)程信息有機(jī)地集成起來(lái)，做到將正確的信息在正確的時(shí)間以正確的方式傳遞給正確的人，從而實(shí)現(xiàn)核電廠多部門(mén)、多學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜胰后w協(xié)調(diào)工作。

3、核電廠建設(shè)與生產(chǎn)過(guò)程中的敏捷供需鏈管理

在核電廠的建設(shè)中，為適應(yīng)國(guó)內(nèi)、國(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)與市場(chǎng)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(shí)間和最好的質(zhì)量滿足核電廠建設(shè)與生產(chǎn)對(duì)物資的需求。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效方法是充分利用敏捷供需鏈管理技術(shù)，構(gòu)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(jìng)爭(zhēng)、合作、動(dòng)態(tài)的環(huán)境中，由若干供應(yīng)商(供方)、需方(即核電廠)等自主實(shí)體構(gòu)成的快速相應(yīng)環(huán)境變化的動(dòng)態(tài)供需網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它是充分利用系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，建立在internet/intranet、分布對(duì)象和電子商務(wù)的基礎(chǔ)上的，用來(lái)協(xié)調(diào)敏捷供需鏈，以滿足核電廠不同時(shí)期、不同部門(mén)、不同環(huán)節(jié)與過(guò)程的物資需求。

核電廠的敏捷供需鏈管理建立在實(shí)體共享信息的基礎(chǔ)上，采用基于協(xié)調(diào)決策中心的供需管理模式，對(duì)系統(tǒng)中的物流、信息流和資金流進(jìn)行有效的計(jì)劃、協(xié)調(diào)、調(diào)度與控制?；趨f(xié)調(diào)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(mén)需求、供應(yīng)商、協(xié)調(diào)決策中心、分布式庫(kù)存等部分組成，如圖2所示。

4、核電廠設(shè)計(jì)建造過(guò)程的優(yōu)化管理

核電廠全壽期集成化管理的一個(gè)重要內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)核電廠設(shè)計(jì)與建造過(guò)程的優(yōu)化管理。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式是一個(gè)串行的開(kāi)發(fā)過(guò)程，即前一個(gè)部門(mén)完成某個(gè)功能后將設(shè)計(jì)結(jié)果移交給下一個(gè)部門(mén)進(jìn)行下一步的工作。其不足之處是不同的設(shè)計(jì)部門(mén)之間缺乏足夠的交流，每個(gè)部門(mén)僅考慮其局部的功能要求。在設(shè)計(jì)建造的早期階段不能很好地考慮后續(xù)部門(mén)要求和設(shè)計(jì)建造周期中的各種因素，而往往會(huì)導(dǎo)致后期工作的困難。在這種情況下，有時(shí)需要從頭開(kāi)始修改設(shè)計(jì)。這不僅造成電廠設(shè)計(jì)建造周期的延長(zhǎng)，而且會(huì)造成大量的人力、物力和資金的浪費(fèi)。為解決串行設(shè)計(jì)的不足，1988年美國(guó)的r.i.winner提出了并行工程方法，解決了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式的不足，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

核電廠建設(shè)中并行工程的實(shí)施，在完成電廠協(xié)同工作環(huán)境的建設(shè)與電廠的信息集成的基礎(chǔ)上，可按照下述步驟進(jìn)行。

(1) 由電廠設(shè)計(jì)籌備專家組對(duì)電廠設(shè)計(jì)進(jìn)行需求分析，確定電廠設(shè)計(jì)項(xiàng)目，并制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

(2) 按照電廠功能系統(tǒng)的分類分別建立跨部門(mén)、多學(xué)科和多功能的電廠集成設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)（integrated design team-idt），實(shí)現(xiàn)核電廠人力資源的集成、優(yōu)化與協(xié)調(diào)。idt按照并行工程設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行工作與組織協(xié)調(diào)。工作方式既可以是一地協(xié)同設(shè)計(jì)，也可以是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持下的異地協(xié)同設(shè)計(jì)，以減少電廠設(shè)計(jì)更改、錯(cuò)誤和返工，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的一次性成功。

(3) 對(duì)電廠的系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化定義和信息建模。應(yīng)用idef0、idef1x等工具，按照cims的思想定義電廠系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程的功能模型，構(gòu)造電廠各功能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖和全局信息模型。

(4) 多學(xué)科專家設(shè)計(jì)組對(duì)電廠系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析，改進(jìn)電廠系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程，將傳統(tǒng)的串行設(shè)計(jì)方式轉(zhuǎn)化為并行設(shè)計(jì)方式。通過(guò)對(duì)電廠系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程的重組與流程的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的集成與優(yōu)化。

(5) 應(yīng)用cax、dfx等計(jì)算機(jī)輔助工具進(jìn)行電廠功能系統(tǒng)與部件的概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)以及工藝過(guò)程等設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)核電廠系統(tǒng)的全數(shù)字化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)早期盡快發(fā)現(xiàn)下游的各種問(wèn)題。應(yīng)用質(zhì)量保證與管理系統(tǒng)對(duì)電廠系統(tǒng)與設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行管理、控制和改進(jìn)，利用pdm系統(tǒng)協(xié)調(diào)idt的工作和設(shè)計(jì)信息共享。

(6) 利用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試、驗(yàn)證和系統(tǒng)預(yù)裝配，并將結(jié)果反饋到早期的設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)人員。

核電廠并行設(shè)計(jì)方案如圖3所示。并行工程方法不但可以應(yīng)用于核電廠設(shè)計(jì)建造過(guò)程，而且可推廣應(yīng)用于換料和設(shè)備維修等過(guò)程。

5、核電廠全壽期集成管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

為充分考慮核電廠設(shè)計(jì)、建造與生產(chǎn)等不同階段的特點(diǎn)和全壽期管理需要，設(shè)計(jì)核電廠集成管理系統(tǒng)時(shí)，先將核電廠的所有工作按階段和性質(zhì)分為不同的類型，然后在總集成系統(tǒng)下設(shè)計(jì)若干個(gè)分系統(tǒng)，每個(gè)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(gè)系統(tǒng)既相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系，通過(guò)全局信息共享系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享。核電廠集成管理系統(tǒng)由以下幾個(gè)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(jīng)營(yíng)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(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)完成整個(gè)核電廠設(shè)計(jì)工作的管理，由設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)、設(shè)計(jì)過(guò)程管理系統(tǒng)、設(shè)計(jì)進(jìn)度管理系統(tǒng)以及設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證管理等子系統(tǒng)組成。針對(duì)核電廠總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)等實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程，以cims為基礎(chǔ)，支持核電廠并行設(shè)計(jì)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(duì)核電廠建造中各項(xiàng)工作和各項(xiàng)工程從計(jì)劃、設(shè)計(jì)、工程進(jìn)展、合同管理以及工程驗(yàn)收等多個(gè)方面實(shí)施管理，協(xié)調(diào)核電廠的工作流和工程進(jìn)度，提高工程質(zhì)量和效率。

(6) 核電廠調(diào)試管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)核電廠的調(diào)試從準(zhǔn)備到具體實(shí)施進(jìn)行全面管理。包括調(diào)試組織管理，核電廠從建造到調(diào)試的交接管理，調(diào)試人員管理，調(diào)試計(jì)劃、方案與大綱管理，調(diào)試物資器材供應(yīng)與設(shè)施保障管理，以及調(diào)試信息管理（包括設(shè)備調(diào)試信息、系統(tǒng)調(diào)試信息以及整個(gè)核電廠調(diào)試信息的管理）等子系統(tǒng)組成。

(7) 核電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)完成核電廠日常生產(chǎn)運(yùn)行的管理工作，確保核電廠正常、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。包括核電廠的運(yùn)行監(jiān)督與管理、核電廠生產(chǎn)的控制與協(xié)調(diào)、核電廠運(yùn)營(yíng)決策以及核電廠運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與故障診斷等。

(8) 核電廠在役檢查與設(shè)備管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)核電廠設(shè)備從全壽期的角度對(duì)其進(jìn)行管理。

(9) 敏捷供需鏈管理系統(tǒng)。

(10) 質(zhì)量保證系統(tǒng)（qas）。該系統(tǒng)通過(guò)高效、完善的質(zhì)量保證與信息反饋機(jī)制，對(duì)核電廠全壽期中各項(xiàng)工作實(shí)施質(zhì)量管理。

(11) 資金管理系統(tǒng)（fms），由2個(gè)子系統(tǒng)組成：①財(cái)務(wù)管理子系統(tǒng)，根據(jù)財(cái)務(wù)管理制度建立完善、規(guī)范的財(cái)務(wù)管理與賬務(wù)處理體系，實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和自動(dòng)化，提高財(cái)務(wù)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(duì)核電廠的資金使用情況進(jìn)行分析和總結(jié)，并提供資金使用分析報(bào)告，為決策層對(duì)資金使用決策提供依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)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(hù)等部分。

核電廠集成管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。需要指出的是，該系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，可以根據(jù)核電廠管理的需要進(jìn)行修改和擴(kuò)充。

整個(gè)系統(tǒng)可利用cims應(yīng)用集成平臺(tái)環(huán)境中開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與其它應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行信息交流。

對(duì)核電廠實(shí)施全壽期的集成化管理，不僅為構(gòu)建核電廠科學(xué)的管理體系提供了一個(gè)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(shè)計(jì)、建造周期，節(jié)約成本，提高核電廠的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。