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(shè)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(shè)計、建造、生產(chǎn)運行以及設(shè)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(gòu)建核電廠科學(xué)的管理體系是非常必要的。針對核電廠設(shè)計、建造以及生產(chǎn)的特點和核電廠的特殊性，本文以計算機與現(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，并對核電廠實施全壽期集成化管理關(guān)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(shù)為基礎(chǔ)，并充分利用集成技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(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，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(xiàn)核電廠設(shè)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(diào)、經(jīng)濟而有序地進行。
實施核電廠全壽期集成化管理的關(guān)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(chǔ)，其首要工作是實現(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(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(shè)計、建造、調(diào)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?shù)脑黾踊蛘{(diào)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(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。
在具體實施中，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和工程數(shù)據(jù)管理技術(shù)(pdm)實現(xiàn)核電廠全壽期的信息集成。為實現(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，必須對共享數(shù)據(jù)統(tǒng)一設(shè)計為共享信息的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分布在多個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，在邏輯上構(gòu)成一個整體。
為支持核電廠全壽期中的各種信息管理，實現(xiàn)核電廠異構(gòu)與分布環(huán)境下的信息集成、功能集成和過程集成，在核電廠集成管理系統(tǒng)設(shè)計中充分利用pdm技術(shù)。以pdm為集成框架，實現(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工作進展。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、建造、調(diào)試以及運行和維修等各個環(huán)節(jié)。將核電廠的設(shè)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(xiàn)核電廠多部門、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)過程中的敏捷供需鏈管理
在核電廠的建設(shè)中，為適應(yīng)國內(nèi)、國際經(jīng)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(zhì)量滿足核電廠建設(shè)與生產(chǎn)對物資的需求。實現(xiàn)這一目標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)是在競爭、合作、動態(tài)的環(huán)境中，由若干供應(yīng)商(供方)、需方(即核電廠)等自主實體構(gòu)成的快速相應(yīng)環(huán)境變化的動態(tài)供需網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它是充分利用系統(tǒng)工程、計算機和信息技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，建立在internet/intranet、分布對象和電子商務(wù)的基礎(chǔ)上的，用來協(xié)調(diào)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(chǔ)上，采用基于協(xié)調(diào)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(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，包括部門需求、供應(yīng)商、協(xié)調(diào)決策中心、分布式庫存等部分組成，如圖2所示。
4、核電廠設(shè)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(nèi)容是實現(xiàn)核電廠設(shè)計與建造過程的優(yōu)化管理。傳統(tǒng)的設(shè)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(shè)計結(jié)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(shè)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(shè)計建造的早期階段不能很好地考慮后續(xù)部門要求和設(shè)計建造周期中的各種因素，而往往會導(dǎo)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(shè)計。這不僅造成電廠設(shè)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(shè)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(shè)計方式的不足，取得了顯著的經(jīng)濟效益。
核電廠建設(shè)中并行工程的實施，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，可按照下述步驟進行。
(1) 由電廠設(shè)計籌備專家組對電廠設(shè)計進行需求分析，確定電廠設(shè)計項目，并制定相應(yīng)的設(shè)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(xué)科和多功能的電廠集成設(shè)計團隊（integrated design team-idt），實現(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)計的要求進行工作與組織協(xié)調(diào)。工作方式既可以是一地協(xié)同設(shè)計，也可以是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持下的異地協(xié)同設(shè)計，以減少電廠設(shè)計更改、錯誤和返工，實現(xiàn)設(shè)計的一次性成功。
(3) 對電廠的系統(tǒng)和設(shè)備進行數(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)計過程的功能模型，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)計組對電廠系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)設(shè)計分析，改進電廠系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)流程，將傳統(tǒng)的串行設(shè)計方式轉(zhuǎn)化為并行設(shè)計方式。通過對電廠系統(tǒng)設(shè)計過程的重組與流程的改進實現(xiàn)設(shè)計過程的集成與優(yōu)化。
(5) 應(yīng)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(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、詳細設(shè)計以及工藝過程等設(shè)計，實現(xiàn)核電廠系統(tǒng)的全數(shù)字化設(shè)計。在設(shè)計早期盡快發(fā)現(xiàn)下游的各種問題。應(yīng)用質(zhì)量保證與管理系統(tǒng)對電廠系統(tǒng)與設(shè)備的設(shè)計進行管理、控制和改進，利用pdm系統(tǒng)協(xié)調(diào)idt的工作和設(shè)計信息共享。
(6) 利用計算機仿真與虛擬現(xiàn)實等技術(shù)進行系統(tǒng)調(diào)試、驗證和系統(tǒng)預(yù)裝配，并將結(jié)果反饋到早期的設(shè)計過程和設(shè)計人員。
核電廠并行設(shè)計方案如圖3所示。并行工程方法不但可以應(yīng)用于核電廠設(shè)計建造過程，而且可推廣應(yīng)用于換料和設(shè)備維修等過程。
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、建造與生產(chǎn)等不同階段的特點和全壽期管理需要，設(shè)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(zhì)分為不同的類型，然后在總集成系統(tǒng)下設(shè)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(xiàn)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(jīng)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(shè)計管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)完成整個核電廠設(shè)計工作的管理，由設(shè)計信息管理系統(tǒng)、設(shè)計過程管理系統(tǒng)、設(shè)計進度管理系統(tǒng)以及設(shè)計試驗驗證管理等子系統(tǒng)組成。針對核電廠總體設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備設(shè)計與工程設(shè)計等實際設(shè)計過程，以cims為基礎(chǔ)，支持核電廠并行設(shè)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(shè)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(diào)核電廠的工作流和工程進度，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)對核電廠的調(diào)試從準備到具體實施進行全面管理。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)運行的管理工作，確保核電廠正常、經(jīng)濟地運行。包括核電廠的運行監(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(shè)備管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對核電廠設(shè)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(zhì)量保證系統(tǒng)（qas）。該系統(tǒng)通過高效、完善的質(zhì)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(zhì)量管理。
(11) 資金管理系統(tǒng)（fms），由2個子系統(tǒng)組成：①財務(wù)管理子系統(tǒng)，根據(jù)財務(wù)管理制度建立完善、規(guī)范的財務(wù)管理與賬務(wù)處理體系，實現(xiàn)財務(wù)管理的標準化、規(guī)范化和自動化，提高財務(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，定期對核電廠的資金使用情況進行分析和總結(jié)，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(jù)，以實現(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)是一個開放的系統(tǒng)，可以根據(jù)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(yīng)用集成平臺環(huán)境中開發(fā)設(shè)計，并可通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與其它應(yīng)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(gòu)建核電廠科學(xué)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(shè)計、建造周期，節(jié)約成本，提高核電廠的工作效率和經(jīng)濟效益。
